Anioły i demony antymaterii

Opisana historia to scenariusz książki i wyświetlanego od kilkunastu dni w polskich kinach filmu „Anioły i Demony”. Z punktu widzenia fizyka wszystko jest tutaj prawdą i… wszystko fikcją.

Co jest anty?
Świat, który wokoło widzimy, zbudowany jest z protonów, neutronów (te dwie cząstki zbudowane są z jeszcze mniejszych kwarków) oraz elektronów. Ale cząstek we wszechświecie jest znacznie, znacznie więcej. Każda w dwóch odmianach. Tej materialnej i – przeciwnej – antymaterialnej. Cząstki z jednej i drugiej familii są naładowane przeciwnym ładunkiem elektrycznym (np. elektron ma ładunek elektryczny ujemny, a antyelektron – pozyton – dodatni), ale mają takie same masy. Te dwa wcielenia każdej znanej cząstki przy zetknięciu anihilują. To znaczy, że cała ich masa (np. protonu i antyprotonu) zamienia się w energię według znanego chyba wszystkim wzoru E = mc2. Antymateria, choć brzmi bardzo tajemniczo, nie jest niczym nienaturalnym. Powstała w Wielkim Wybuchu razem z materią, z której my sami jesteśmy zbudowani. Cząstki powstawały parami w procesie odwrotnym do anihilacji.

Z pierwotnej energii Wybuchu, 13,7 mld lat temu, materia powstawała z energii. Żeby była równowaga, żeby proces w ogóle mógł zaistnieć, materia musiała powstawać w dwóch „wersjach”. Część cząstek i antycząstek od razu anihilowała (całkiem spora część), ale reszta przetrwała. I tu pojawia się zagadka. Z teorii fizycznych wynika, że materii i antymaterii we wszechświecie musi być dokładnie tyle samo. Kłopot w tym, że chyba nie jest. Nasz świat zbudowany jest z materii, ale nie widzimy światów (planet, galaktyk) antymaterialnych. Co się z nimi stało? Nie do końca wiadomo. A może materia i antymateria nie są swoim lustrzanym odbiciem? Może różnią się w jakimś – z pozoru – nieistotnym szczególikiem? Może to jest powód, że materia przetrwała, a antymateria nie. Pewności co do tego nie ma.

Gdzie jesteś anty?
To, że nie widzimy anty-Słońca czy anty-Ziemi, nie znaczy, że antymaterii wokół nas nie ma wcale. Śladowe ilości antycząstek nieustannie nas otaczają. W naturalnych procesach powstają cały czas. Na przykład pary elektrony–pozytony tworzą się w atmosferze, pod wpływem promieniowania kosmicznego. Inne antymaterialne cząstki powstają w wyniku rozpadów niektórych pierwiastków promieniotwórczych. Także tych znajdujących się w nas samych czy w ziemi, po której stąpamy. Dzięki zjawisku anihilacji elektronu i pozytonu działa najdokładniejsze bodaj urządzenie obrazujące wewnętrzne organy człowieka, tomograf pozytonowy PET. Antymateria jest wokół nas, ale w bardzo małych ilościach. Fizycy – żeby dokładnie jej się przyjrzeć – postanowili wytworzyć ją w laboratorium. Pierwszy atom antymaterii (z antyprotonem w środku i antyelektronem krążącym wokół) udało się wyprodukować w 1995 r. w laboratorium CERN w Szwajcarii. Dokonała tego grupa naukowców pod wodzą Niemca, prof. Waltera Oelerta. Przez kilka tygodni prób wyprodukowano dokładnie 10 atomów antywodoru.