НАУЧНИЦИ СО МЕСЕЦИ ЧУВАЛЕ ЧЕСТИЧКА ШТО ИСЧЕЗНУВА ПРИ ДОПИР Експериментот може да открие зошто воопшто постои универзумот

Една единствена честичка антиматерија со месеци останала заробена во лабораторија во САД. Нејзиното постоење зависело од еден услов: никако да не допре обична материја.

Но зошто е толку важна? Научниците сакаат да откријат зошто по Големата експлозија преживеала материјата, додека антиматеријата речиси исчезнала. Според теоријата, двете требало да настанат во речиси еднакви количества.

За да ја откријат мистеријата, физичарите од Универзитетот „Нортвестерн“ успеале, со помош на електрични и магнетни полиња, да задржат позитрон, античестичка на електронот, во речиси совршен вакуум.

Но научниците не се задоволиле само со заробување на честичката. Успеале и да го доведат позитронот во прецизно контролирана квантна состојба, во која можат да ги следат неговите најмали енергетски промени.

Експериментот го предводел професорот Џералд Габриелс, додека главен автор на студијата е докторантот Томас Мајерс.

Резултатите се објавени на 21 октомври во научното списание „Физикал ривју летерс“.

Позитронот има иста маса како електронот, но спротивен електричен полнеж. Електронот е негативно наелектризиран, додека позитронот носи позитивен полнеж.

Кога овие две честички ќе се сретнат, тие се уништуваат во процес наречен анихилација. Нивната маса се претвора во енергија, најчесто во форма на гама-зрачење.

Токму затоа задржувањето позитрон е толку тешко. Електроните се присутни во материјата што нè опкружува, па и најмал допир со ѕидовите на лабораториската опрема би бил погубен за честичката.

– Антиматеријата ја должи својата популарност на научната фантастика – објаснува Габриелс, потсетувајќи дека средбата на електрон и позитрон завршува со нивно исчезнување.

За да го фатат позитронот, научниците прво морале значително да го забават.

Честичките ги добиле од радиоактивниот изотоп натриум-22. При неговото распаѓање, позитроните се исфрлаат со голема енергија, што го отежнува нивното заробување.

Истражувачите ги пропуштиле низ волфрам, материјал што им ја намалува брзината.

Повеќето позитрони исчезнувале при судир со електрони. Мал дел, сепак, успевале да формираат позитрониум, краткотрајна комбинација од електрон и позитрон.

Го „заробувале“ позитронот 8 до 11 часа

Оваа необична комбинација им помогнала да ја внесат антиматеријата во замката.

Позитрониумот минувал низ микроскопски отвор, по што електричното поле го одвојувало електронот. Позитронот останувал сам, заробен во просторот.

Уредот се нарекува Пенингова замка. Тој користи електрични и магнетни полиња за да задржи наелектризирана честичка без таа да допира цврста површина.

Самото заробување на еден позитрон траело од 8 до 11 часа. Но кога ќе успееле да го фатат, истражувачите можеле да го задржат со месеци.

Внатрешноста на замката била оладена на околу 300 миликелвини, односно само 0,3 степени над апсолутната нула.

Апсолутната нула е најниската можна температура, приближно минус 273,15 Целзиусови степени.

При вакви услови, научниците успеале да го доведат движењето на позитронот во неговата најниска квантна енергетска состојба.

Потоа користеле прецизно подесени микробранови за да му додаваат мали количества енергија.

Позитронот преминувал од едно квантно енергетско ниво на друго. Истражувачите можеле да ги регистрираат овие премини, како и промените во неговиот спин, без да ја уништат состојбата што ја испитуваат.

„Квантен циклотрон со еден позитрон“

Новиот систем го нарекле „квантен циклотрон со еден позитрон“.

Со него научниците се приближиле до својата главна цел: исклучително прецизно мерење на магнетниот момент на позитронот.

Магнетниот момент покажува како една честичка се однесува во магнетно поле.

Тимот на Габриелс претходно го измерил магнетниот момент на електронот со прецизност од приближно еден дел на 10 билиони.

Сега истражувачите сакаат да направат споредливо мерење и на позитронот.

Според темелниот принцип познат како ЦПТ-симетрија, електронот и позитронот треба да имаат магнетни моменти со еднаква големина и спротивен знак.

Доколку експериментите откријат разлика што не може да се објасни со мерните грешки, тоа би било сигнал дека постојните физички теории се нецелосни.

– Постојните теории сугерираат дека нема да има разлика меѓу двете мерења – вели Габриелс.

Тој оценува дека потврдена неочекувана разлика би претставувала едно од најголемите откритија во модерната физика.

Зошто во универзумот нема еднакво количество материја и антиматерија?

Антиматеријата не е измислена супстанција од научнофантастичните филмови. Таа е реална и научниците со децении ја создаваат и ја проучуваат во лаборатории.

Речиси секоја честичка на обичната материја има своја античестичка. Електронот има позитрон, додека протонот има антипротон.

Античестичките имаат иста маса како нивните соодветни честички, но спротивни вредности на одредени својства, како електричниот полнеж.

Антиматеријата не е секогаш вештачки создадена. Позитрони природно се појавуваат при одредени радиоактивни распаѓања и во високоенергетски процеси во вселената.

Тие имаат и практична примена. Медицинската метода ПЕТ, позитронска емисиона томографија, го користи зрачењето што настанува при анихилација на позитрони со електрони.

Сепак, најголемата мистерија поврзана со антиматеријата останува космолошка.

Според современите претстави, во раниот универзум материјата и антиматеријата требало да настанат во речиси еднакви количества.

Но денес набљудуваме универзум во кој убедливо доминира обичната материја.

Научниците сè уште немаат целосно објаснување за оваа нерамнотежа. Познатите механизми во физиката не се доволни да го објаснат нејзиниот размер.