Kodėl egzistuoja visata? Nauji antimaterijos tyrimo rezultatai veda link atsakymo

Publikacija žurnale „Nature Communications“ skelbia, kad tai priartina mokslininkus žingsniu arčiau link suvokimo, kodėl žmonės, žvaigždės ir visata yra pagaminta iš materijos, o ne iš jos „keistosios pusseserės“ antimaterijos. Gauti rezultatai leis atlikti daugiau tikslesnių matavimų, kurie vėliau galėtų atsakyti į šį ramybės fizikams ilgai neduodantį klausimą.

Kaip teigia vienas iš tyrimo autorių fizikas Stefan Ulmer visa materija turi savo antimateriją, tarsi tokios pat masės, bet skirtingų krūvių veidrodį. Šioms dviems priešpriešoms susidūrus, įvyksta susinaikinimas ir didelės energijos išsiskyrimas.

Kodėl visata sukurta tik iš materijos?

Kosmologinėje skalėje mes niekada nesutiksime antimaterinių galaktikų ar žvaigždžių. Tačiau, jei visa materija turi atsvarą – antimateriją, kodėl aplink mus jos tiek mažai?

Yra keletas paaiškinimų šiam prieštaravimui. Viena galimybės yra ta, kad medžiagos antimedžiagos simetrijos idėja, kad jos turi tokią pat masę, bet skirtingą krūvį, nepasitvirtina. Kita galimybė – pačioje pradžioje, „Didžiajam sprogimui“ suformavus visatą, egzistavo truputį daugiau materijos, todėl beveik visa antimaterija susinaikino, palikdama po savęs tik materijos perteklių. Tačiau fizikai negali paaiškinti pertekliaus priežasčių.

Siekiant įminti šią mįslę, mokslininkai nusprendė išgauti neįtikėtino tikslumo vienodų materijos ir antimaterijos kiekių santykį. Jų simetrija, vienas iš pagrindinių principų valdančių fizikos modelį, numato šių dalelių identišką elgseną.

Kaip sukurti antimaterijos daleles?

Norint tai padaryti, Ulmer su savo kolegomis dirbdami CERN Antiprotonų lėtintuve (angl. CERN’s Antiproton Decelerator) sumaišė antielektornus (pozitronus) su antiprotonais, taip suformuodami vandenilio antimedžiagos elementą – antivandenilį. Kadangi vandenilis yra paprasčiausias ir vienas iš geriausiai žinomų atomų, išstudijuoti jo antimaterinį „partnerį“ gali būti naudinga siekiant išsiaiškinti materijos ir antimaterijos simetrijos nukrypimus.

Tyrėjų komandai prireikė galingos gaudyklės, norint išlaikyti antivandenilio atomus pakankamai ilgai nesunaikintus materijos. Paprastai magnetiniai laukai keičia antimaterijos skleidžiamas spektroskopines savybes (energijos dažnį ir bangų ilgį). Todėl norėdami sumažinti nuokrypius, mokslininkai panaudojo magnetinę gaudyklę, kuri priverčia jos daleles tekėti nepaisant magnetinių laukų.

Iki šios Stefan Ulmer ir jo komanda, išgavo 80 antivandenilio dalelių. Jos gali būti matuojamos už 2,7 metrųi nuo galingos magnetinės gaudyklės, kurioje buvo išgautos. Kaip teigia tyrimo autoriai, nors antivandenilio atomai buvo tirti 2011 bei 2012 metais, tačiau tai pirmas kartas kuomet jie yra išmatuoti toliau nuo magnetinės gaudyklės.

Šis tyrimas sudarė sąlygas geresniems itin mažų struktūrų spektroskopiniams matavimams bei energijos lygių pasikeitimams antivandenilio atomuose nustatyti. Mokslininkai jau yra išmatavę šias ypatybes itin dideliu tikslumu, todėl bet kokių nežymių skirtumų aptikimas gali perrašyti mums žinomus fizikos dėsnius ir priartinti mus prie atsakymo, kodėl egzistuoja visata.