Naučnici u SAD su mesecima izolovali pojedinačni pozitron u superohlađenom vakuumu. Poduhvat otvara vrata za najpreciznija testiranja osnovnih zakona fizike i rasvetljavanje misterije nedostatka antimaterije u svemiru. Prema važećim teorijama, nastanak svemira trebalo je da proizvede jednake količine materije i antimaterije. Za svaku česticu trebalo bi da postoji antičestica sa istom masom, ali suprotnim nabojem, a nestanak antimaterije jedna je od najvećih nerešenih zagonetki u fizici.
Glavna teškoća u proučavanju antimaterije jeste činjenica da se čestica i antičestica međusobno poništavaju čim dođu u kontakt, pretvarajući se u bljesak energije. Fizičari sa Univerziteta Nortvestern konstruisali su specijalnu kriogenu superprovodljivu vakuumsku zamku. U uređaju su mesecima sačuvali samo jedan pozitron, koji predstavlja antimaterijski ekvivalent svuda prisutnog elektrona. Istraživanje je zahtevalo izolaciju čestice od ma kakvog dodira sa običnom materijom, što je do sada bilo izuzetno teško izvesti na duži vremenski period. „Najveći izazov bio je naterati pozitron izbačen iz jezgra u radioaktivnom raspadu sa veoma visokom energijom da uspori dovoljno da bismo ga uhvatili u našu zamku”, rekao je Džerald Gabrijels, glavni autor studije.
Tim koji je predvodio Tom Majers koristio je radioaktivni izotop natrijuma kao izvor koji izbacuje pozitrone brzinom koja dostiže osamdeset osam procenata brzine svetlosti. Da bi usporili ekstremno brzu česticu, naučnici su je propustili kroz pojedinačni kristal volframa. Iako se većina pozitrona poništi u kontaktu sa elektronima kristala, mali broj preostane i izađe znatno usporen stvarajući pritom nestabilan spoj sa elektronom koji se naziva pozitronijum. Spoj prolazi kroz minijaturni otvor širine 640 mikrometara pravo u Peningovu zamku, gde električno polje odvaja elektron i ostavlja pozitron zarobljen. Pomoću pažljivo usklađenih električnih i magnetskih polja čestica se održava u levitaciji na temperaturi od 300 milikelvina, što je delić stepena iznad apsolutne nule. U ovakvim uslovima istraživači su mogli ne samo da čuvaju pozitron mesecima, već i da precizno kontrolišu i mere njegovo ponašanje na kvantnom nivou.
Glavni cilj složenog poduhvata jeste testiranje fundamentalnog principa fizike poznatog kao CPT invarijantnost ili teorema, koja tvrdi da su svi zakoni fizike potpuno isti ako istovremeno primenimo tri specifične simetrije – C (konjugacuja naboja), P (parnost) i T (obrtanje vremena). Prema tom principu, čestice i antimaterijski parnjaci morali bi da imaju o potpuno identična svojstva, pri čemu jedino predznak naboja treba da se razlikuje. Na primer, elektron i pozitron bi trebalo da imaju isti magnetski momenat, ali sa suprotnim predznakom.
Naučnici su ranije izmerili magnetski momenat elektrona zapanjujućom preciznošću. Zahvaljujući novoj tehnologiji izolacije, Gabrijels i saradnici se nadaju da će uskoro moći da izvedu identično merenje i antimaterijskog blizanca. Očekuje se da će prvi rezultati izuzetno zahtevnih merenja biti objavljeni početkom sledeće godine. „Ako magnitude budu iste, to će biti najpreciznija potvrda CPT invarijantnosti Standardnog modela, koji predstavlja najosnovniji matematički opis fizičke stvarnosti. To bi moglo dodatno produbiti misteriju kako Standardni model može da omogućuje tako precizna predviđanja onoga što merimo, a da istovremeno bude neusaglašen sa osnovnim karakteristikama svemira”, objasnio je Gabrijels.
(RTS)
