Elhuyar zientziaren komunikazioa

Entzun Zientzia.net

Antimateria fikzioa ote?

1988/12/01 Legarreta, J. A. Iturria: Elhuyar aldizkaria

Jakina denez XX. mendearen hasiera aldean ALBERT EINSTEINek Erlatibitate Teoria-ren bere "Teoria Berezia" (1905) eta "Teoria Orokorra" (1916) izeneko ikerlanak plazaratu zituenean, mundu makroskopikoan pentsamolde-aldaketa gertatu zen. Teoria honek irauli egin zuen Newton-en mekanika klasikoa eta Fisikaren Aro berria jaio zela esan genezake.
XIX. mendearen bukaeran fenomeno mikroskopioak —espektroak batez ere— ikertzean mundu makroskopioa deskribatzeko legeek porrot egin zutela jakinda, mundu mikroskopikoaren fisika garatzeko mekanika berria behar zela konturatu ziren fisikariak. 1925.ean ERWIN SCHRODINGERek mekanika berri horren oinarriak finkatu zituen, Uhin-Mekanika jaio zelarik. Uhin-Mekanika, Mekanika Kuantikoaren lehenengo formulazioa izan zen.
Beraz, Erlatibitatearen-Teoria eta Mekanika Kuantikoa, XX. mendeko fisikaren lorpen handitzat hartzen dira. Edozein fisikariren ametsa, teoria biok batzen dituen teoria lortzea da.

Dirac-en partikula-itsasoa

Gizakiok nolakoak garen jakinda, antimateria xede militarretarako erabiliko dela antzeman daiteke. Esaterako, misilak detektatzeko eta suntsitzeko antimateriaz balia daiteke.

XX. mendearen hasieran E. SCHRODINGERek hidrogeno-atomoaren elektroia deskribatzeko aurkitu zuen ekuazio matematikoa, esperimentalki lortutako emaitzekin bat zetorrela frogatu zen; baina, beti ere, erlatitibatearen teoria kontutan hartzen ez bazen. Hortaz, mekanika kuantikoa (mundu mikroskopikoa deskribatzeko tresna) eta Erlatibitate-Teoria (mundu makroskopioa deskribatzeko tresna) batzeko edota bateratzeko zailtasunak areagotu egin ziren.

Esanak esan, PAUL ADRIEN MAURICE DIRACek energia handiko partikulen deskribapen matematiko-kuantikoa lortzekotan, mekanika-kuantikoa eta erlatibitate-teoriaren arteko erlazio-ekuazioren bat aurkitzeari ekin zion. Beraz, teoria biok bateratzeko asmoak bultzatuta formula eta ekuazio matematikoak garatu zituen. Hidrogeno-atomoaren elektroiaren energi mailen balioak kalkulatzerakoan, bi ebazpenekin egin zuen topo: bata negatiboa eta bestea positiboa bait ziren. Gure ohizko logikaren arabera, energiaren baliorik txikiena 0 da eta handiena . Hau da, balio negatiboak alde batera uzten ditugu. Izan ere, fisikariek balio negatibodun energi maila posibleak ahaztu egin zituzten eta denboraren poderioz argituko ziren kontu matematikoak zirela pentsatzea nahiago izan zuten. Gainera zer egin zezakeen 1931. urteko fisikari batek energiaren balio negatiboa topatzean?

Hasieran, Dirac-ek, gainerako fisikarien antzera, emaitzarik ulergarriena aukeratu zuen. Baina laster, balio negatiboko energi mailen aukera aztertzea erabaki zuen. Zer gertatuko litzateke energi maila hauek baleude?

Einstein-en ekuazioetako baten arabera, m masa eta p momentua dauzkan partikula baten energia ondoko formularen bidez kalkula daiteke:

E 2 = m 2 . c 4 + p 2 . c 2

non, E, partikularen energia
m, partikularen masa
c, argiaren abiadura eta
p, partikularen momentu lineala diren.

Har dezagun gure elektroiaren kasua. Energia zinetikorik ez daukanez (gogora dezagun elektroia hidrogeno-atomoari lotuta dagoela), honako ekuazioa dugu:

E = m . c 2

Beraz, elektroiaren energi mailen balioak mekanika kuantikoaren alderdi erlatibistaren ikuspuntutik kalkulatzerakoan, -m . c 2 -tik +m . c 2 -ra bitartekoak direla ikusten da.

Energi maila negatibotik energi maila positiborainoko tartea.

Fisikari britainiarrak energi maila negatiboak aztertzeari gogoz ekin zion. Bere lana burutzeko, termodinamikan eta Pauli-ren esklusio-printzipioan oinarritu zen. Alde batetik, termodinamikaren arabera edozein gorputzek energi maila txikienera jotzen du. Beraz, elektroiak energi maila negatiboetarako joera dauka. Bestetik, Pauli-ren esklusio-printzipioaren arabera orbital atomiko bakoitzean edo energi maila bakoitzean elektroi-kopuru konkretu bat egon daiteke eta orbita bakoitza bete ahala elektroiak kanpoko orbitetara sartzen dira. Izan ere energia nebatiboko mailak badaude eta elektroiz beteta badaude, ondoko bi ondorioak atera genitzake:

  • Elektroiak energi maila negatiboetara ez lirateke eroriko; lekurik ez bait daukate (eror litezkeeneko edozein maila beteta dago). Espektro-lanetan ikusten denez, elektroiak ez dira jaisten. Dirac-en ustez, energi maila negatiboak beteta daudelako gertatzen da.
  • Beraz, HUTSA edo teorikoki materiarik ez dagoen espazioaldean zer edo zer egongo litzateke. Energi maila negatiboetan elektroiak egongo lirateke (eta orokorrean, era guztietako partikulak), baina energi maila positiboetan ez legoke partikularik.

Gizakiok bizi garen espazioaldean masa eta energiaren balioak 0-tik rainokoak direnez gero, masa eta energiaren balioak negatiboak direneko espazioaldea guretzat hutsa da. Dirac-en aburuz, hutsa edo materiarik ez dagoen espazioaldea, egia esan, ez dago hutsik eta energia negatibodun partikulek (protoiak, elektroiak, positroiak, neutrinoak, ...) osatzen dute. Hutsa partikula-itsasoa da.

Azter dezagun partikula-itsaso horren jokaera. Beti bezala xede honetarako argiaz baliatuko gara. Itsaso honen aurka fotoi-zorrotada zuzenduko bagenu, fotoiren batek itsasoko elektroiren baten kontra talka egingo luke, elektroiaren energia handiagotuko litzatekeelarik. Energi hazkuntza, hori elektroia energia negatibodun egoeratik positibodunera pasarazteko adinakoa izanez gero, energia positibodun elektroia lortuko genuke. Hau miraria!. Lehen ezer ez zegoen lekuan orain elektroi bat dugu.

Goiko irudian energi bidez materia sortzen da. Behekoan aitzitik, deuseztapen-prozesua agertzen zaigu. Beronetan materia bidez energia sortzen da. Beraz, deuseztapen-prozesua energi iturri agortezina izan liteke.

Beraz, alde batetik energia positibodun elektroi bat daukagu eta, bestaldetik, elektroiak itsasoan utziriko hutsunea, hau da, karga negatiboaren (elektroia) energia negatiborik eza daukagu. Ezeztapen bikoitz honen aurrean Dirac-ek hauxe esan zuen: karga negatiboaren energia negatiboaren ausentzia eta karga positiboaren energia positiboaren presentzia esangura berekoak dira. Eta partikula hauxe da, hain zuzen, positroi izenaz ezagutzen duguna. Dena den, Dirac-ek antielektroi izenaz bataiatu zuen. Beraz, Dirac-en arabera positroia energia negatibodun mailan dagoen elektroia energia positibodun mailara igarotzearen ondorioz lortzen den huts-egoeraren efektua da.

Azpimarratzekoa da prozesu honetan elektroia zein positroia energi bidez sortuak direla. Beraz, Albert Einstein-ek iradoki zuen bezala energi bidez materia sor daiteke.

Era berean deuseztapen-prozesua ere suerta zitekeela esan zuen Dirac-ek. Positroiak eta elektroiak elkarren kontra talka egiten dutenean, partikula biak desagertu egiten dira, gamma erradiazio gisa energia askatzen delarik.

Hona hemen, beraz, Albert Einstein-ek aurresan zuena. Masa bidez energia sor daiteke. Dirac-en teoria hobeto ikusteko azter dezagun ondorengo adibidea: Zolua indusiko bagenu gauza bi lortuko genituzke; lur-mordoxka eta zuloa (lur-mordoxkarik eza). Gure kasurako lehenengoa elektroia litzateke eta bigarrena positroia. Eta analogia honetan deuseztapen-prozesua zuloa indusitako lur-mordoxkaren bidezko estaltze-prozesua izango litzateke. Dena dela, zera esan behar da: laborategian gero Carl David Anderson-en esperimentuan azalduko denez, energia negatibodun elektroirik eza ez dela ikusten; elektroiaren masa bereko, energia positiboko eta karga positiboko partikula baizik.

1930. urtean Dirac-ek antimateriari buruzko teoria plazaratu zuenean oinarri esperimentalik ez zeukanez, garai hartako fisikarigoak ez zuen aintzakotzat hartu eta asmakeria hutsa zela pentsatu zen. Baina bi urte geroago izpi kosmikoen izaera aztertzean Dirac-ek aurresandako antielektroia topatu zen.

Oro har, oinarrizko partikula bakoitzari bere antipartikula dagokiola aurresan zuen Dirac-ek. Nolanahi ere, antipartikula lortzeko behar den energia (E = m . c 2 ) bere masarekiko proportzionala denez gero, antiprotoia sortzeko adibidez askoz energia handiagoa behar dugu. Protoiak elektroiak baino 1836 bider masa handiagoa daukala eta, positroia lortzeko gutxienez 1836 bider energia handiagoa beharko genuke. Baina garai hartan ez zegoen hain energia handia sortzeko tresnarik.

Geneva-ko C.E.R.N.eko (Ikerkuntza Nuklearrerako Ikertokia) UA2 detektagailuan, ikerlariek partikula eta antipartikulen arteko talkak aztertzen dituzte eta baita beroietatik sortzen den erradiazio erako energia ere.

Antiprotoiak, antineutroiak eta positroiak elkar al litezke antiatomoak sortzeko?. Antiatomoak ezezik antizarrak, antiplanetak, antigizakiak, ... ere sor zitezkeela esan zuen Dirac-ek 1933. urtean, Nobel Saria jaso zuen egunean eman zuen hitzaldian. Fisikari honen ustez, Lurra materiaz (eta ez antimateriaz) osatuta egotea kasualitatea da eta baliteke espazioko gorputz batzuk antimateriaz osatuta egotea.

Ondoren ikusiko dugunez, Dirac-ek antielektroiaren existentzia aurresan eta hiru urte geroago (1932an hain zuzen ere) antielektroia topatu zenez geroztik, antimateria erabili izan da fisikagintzan.

Izpi kosmikoak eta positroiak

Denok dakigunez, izarren barruko tenperatura eta presio handien eraginpean erreakzio nuklearrak etengabe suertatzen dira, energia handia sortzen delarik. Izarren grabitazio-indarra handia izan arren, energia horren zati bat izarraren gainazalera iristen da eta kanpoko alderantz irradiatzen da. Erradiazio horren zati bat argi ikuskorra da; izarrei begiratzen diegunean ikusten duguna. Beste zati bat erradiazio ez-ikuskorra da, hala nola, irrati-uhinak, X izpiak eta berriki astronomoek aurkituriko beste erradiazio-mota batzuk. Izan ere, izarrek oinarrizko partikulak (protoiak, energia handiko elektroiak, ...) eta beste partikula pisutsuagoak (nukleoiak, nukleo osoak, ...) irradiatzen dituzte.

Orokorrean, nukleoa zenbat astunago izan, are eta urriagoa da partikula kosmikoen artean. Adibidez, 10 7 partikulatatik bat uraniozko nukleoa da. Izpi kosmikoek energia izugarria daukate. Protoiak, adibidez 10 3 MeV-10 12 MeV tartean daude. Agian beste artikuluren batean izpi kosmikoez aritzea interesgarria litzateke.

Izpi kosmikoak atmosferaren goikaldera sartzen direnean (izpi kosmiko primarioak) Lurraren gainazalerantz abiatzen dira, beren jaitsierako ibilbidean topatzen dituzten atomo eta molekulen aurka talka ugari egiten dutelarik. Batezbeste, partikula kosmiko batek atmosferan zehar 800en bat metro ibiltzen ditu talka egin baino lehen. Talkaren ondorioz partikula gehiago sortzen dira, hala nola, mesoiak, positroiak, ... Partikula hauek izpi kosmiko sekundarioak osatzen dituzte.

Partikula-jauzian oinarrizko partikula asko sortzen dira.

Partikula sekundario hauetako batzuk energia handia daukate eta beren jaitsieran beste atomo eta nukleoak jotzean partikula sekundario berriak sortzen dira. Azken hauetako batzuk beste partikula batzuk sortu dituzte eta horrela prozesu biderkatzailea suertatuko da. Izpi kosmikoen energia handia izanez gero, partikula-jauzi honek partikula asko izango ditu eta zenbait kilometrotako zabalerakoa izango da. Grafikoki adieraztearren esan dezagun artikulu hau irakurri bitartean partikulek (minutuko zenbait aldiz) irakurlearen gorputza zeharkartzen dutela.

Hortaz, atmosferan izpi kosmikoek jasaten dituzten elkarrekintzek oso laborategi ona eskaintzen digute oinarrizko partikulen arteko elkarrekintzak eta materiaren sortze-prozesuak ikertzeko.

Dirac-en garaian, 1932. urtean zehazkiago esanda, CARL DAVID ANDERSON fisikari amerikarrak MILLIKANekin batera ziharduen izpi kosmikoen izaera aztertzen. Anderson-ek, izpi kosmikoen izaera behin-betiko zehaztekotan, ionizazio-ganbarara sartzen diren izpi kosmikoen ibilbidea bertako intentsitate handiko eremu magnetikopean desbideratzen ote zen jakin nahi zuen. Jakina zenez izpi kosmikoak energia zinetiko handikoak zirenez gero, ionizazio-ganbaran zehar oso azkar igaroko ziren eta ez zen bere kurbadura neurtzerik egongo. Energia zinetikoa txikiagotzearren, kurbadura detektatu ahal izateko ganbararako sarbidean 6,35 mm-ko lodieradun berunezko xafla ipini zuen.

Izpi kosmikoek berunezko xafla pasatu ondoren, ionizazio-ganbaran zehar beren ibilbidea kurbatu egiten zen. Eta zertxobait gehiago ere aurkitu zuen. Berunezko xaflatik igarotzean izpi kosmikoek berunetik zenbait partikula erauzi zituzten. Hemen dauzkagu izpi kosmiko sekundarioak. Izpi sekundario hauetan partikuletariko batzuk elektroiaren masa zeukaten, baina karga elektriko positiboa. Beraz, hantxe zegoen Dirac-en antielektroia!. Anderson-ek positroi izena jarri zion. Dena den, urte batzuk geroago (1963. urtean) erradiazio primarioan aurkitu zen.

C. D. ANDERSONek Dirac-en antimateriari buruzko lanaren berri izanik ere, bere asmoa ez zen antielektroia aurkitzea; esana denez izpi kosmikoen izaera ezagutzea baizik.

Ezaugarriei dagokienez eta ondoko taulan ikusten denez, positroiak elektroiaren ezaugarriak dauzka.

Taularen arabera positroia elektroia bezain egonkorra da, inguruan eragin diezaiokeen partikularik ez badago. Baina, errealitatean positroia elektroia eta beste zenbait partikularen artean higitzen da. Beraz, positroiak jaio eta berehala bere inguruko elektroietako batekin egingo du topo, elektroi/positroi bikotearen deuseztapen-prozesua suertatuko delarik. Ondorengo urteetan zenbait ikerlarik elkardeuseztapen-prozesua ikertu zuten. 1945.ean adibidez ARTHUR EDWARD RUARK fisikari amerikarrak zera esan zuen: positroiak eta elektroiak elkar deuseztatzerakoan oso denbora laburrez puntu amankomun baten inguruan biratzen dutela eta bi partikulok osatzen duten sistema birakorrari positronio izena jarri zion. 1951.an MARTIN DEUSTCH fisikari austriarrak elektroi/positroi sistemaren gamma izpi karakteristikoak aztertuz positronioa detektatu zuen.

C.E.R.N.eko burbuila-ganbaran antimateria ikusten da. Leihatilan protoi eta antiprotoiaren arteko talka eta leherketa agertzen da.

Dena dela, positronio sistemaren iraupena gehienez ere 10 -10 s-koa da. Denbora honen buruan positroia eta elektroia desagertu egiten dira eta energia gamma erradiazio gisa askatzen da.

Antiprotoia

Lehenago esana dugunez, Dirac-en ustetan partikula atomikoei beren antipartikula dagokie. 1932.ean izpi kosmikoetan lehenengo antipartikula (positroia) topatu zenean, antipartikula gehiago aurki zitekeelakoan gogo handiz ekin zion lanari. Antiprotoia (karga negatiboko protoia) bilatzen hasi zen. Izpi kosmikoek eman zituzten datuek uste baino partikula gehiagoren existentzia frogatu zutenez, izpi kosmikoen osagaien artean antiprotoia aurkitzeari ekin zion.

Baina izpi kosmikoen osagaien artean antiprotoia aurkitzeko zailtasuna ikusita, laborategi-tresna bidez lor zezaketela pentsatu zuten fisikariek. E = m . c 2 ekuazioaren arabera energia masarekiko proportzionala da. Beraz, protoia elektroia baino 1836 masa handiagokoa denez gero antiprotoia sortzeko 1836 bider energia handiagoa beharko genuke. Energia handi horien beharra ikusita, partikula-azeleradoreen aroa jaio zen. Orduan, antiprotoia sortzeko behar zen energia lor zezakeen partikula-azeleradorearen atzetik ibili ziren fisikariak.

1928. urte inguruan JOHN D. COCKCROTTek eta ERNEST WALTONek Rutherford laborategian egin zuten tentsio-biderkatzaile izeneko tresnaz protoia 4.10 5 eV-eko energiara heltzea lortu zuten. Antiprotoia lortzeko behar den energia 5,6.10 9 eV-ekoa denez, askoz ere partikula-azeleradore hobeak eraiki behar zirela pentsatu zen. Hurrengo urteetan munduko estatu askoren artean partikula-azeleradorerik onena eraikitzeko lehia egon zen. Urteak joan urteak etorri, 1954.ean Californiako Unibertsitateak 5 GeV-etik 6GeV-era bitarteko energia lor zezakeen Bevatroi izeneko tresna eraiki zuen. Bevatroiaz gizakiak antiprotoiaren lorbidea bere eskutan zeukan.

1955.ean Californiako Berkeley Unibertsitateko OWEN CHAMBERLAINek eta EMILIO G. SEGREk kobrezko xafla bat ordu askotan 6,2.10 9 eV-eko protoiez bonbardatu ostean 60ren bat antiprotoi lortu zituzten. Identifikatzen ez zen batere erraza izan. Sortutako antiprotoi bakoitzeko 40.000ren bat partikula agertu bait ziren. Baina, detektagailu-sistema egokiaren bidez antiprotoia inolako zalantzarik gabe detektatu zuten.

Protoi/antiprotoi bikoteak, Dirac-ek aurresan bezala jokatu zuen. Antiprotoia sortu orduko higitzen hasten da eta nukleoren bat topatzen duenean azken honek erakarri egiten du, antiprotoiak eta nukleoaren protoiek elkar deuseztatu eta energia askatzen delarik.


Antineutroia eta spina

Lurrak, Eguzkiak edo gure galaxiek beren ardatzen inguruan biratzen duten antzera, duela zenbait urte oinarrizko partikulek biraketa-higidura izan zezaketenaren ideia zabaldu zen fisikarien artean.

Espektrometroen bereizmena hobetu ahala, hidrogeno-atomoaren espektroan agertzen zen lerro bakoitza bikoitza zela jakin ahal izan zen. Hura azaltzeko GEORGE EUGENE UHLENBECK eta SAMUEL ABRAHAM GOUDSMIT fisikari holandarrek hauxe proposatu zuten: elektroiek beren orbitaletan nukleoarekiko higiduraz gain beren ardatzarekiko ere higidura zutela (errotazioa, alegia). Errotazio honek bi norantza desberdin ditu: ezkerretarakoa eta eskuinetarakoa "s" zenbaki kuantikoak edo spinak determinatzen dituelarik. Higidura honek eremu magnetiko txiki bat sortzen du eta horrexegatik ikusi zen bikoizketa hori.

Elektroiak ezezik gainerako oinarrizko partikulek ere beren ardatzarekiko bira zezaketela pentsatu zen eta biraketa honen ondorioz partikula kargatuek sortutako eremu magnetiko txikiak ikertuak izan ziren. ISAAC ISADOR RABIk nukleoaren ezaugarri magnetikoak ikertu zituen erresonantzi metodoaz baliatuz. Ikerketa haien ondorioz Nobel Saria irabazi zuen. 1925.ean OTTO STERNek protoien momentu magnetikoa aurkitzeko izpi molekularren bidezko metodo bat asmatu zuelako, 1943. urtean Nobel Saria eman zioten.

Big Bang edo Leherketa Handiaren ostean partikula eta antipartikulak sortu ziren. Beraz, partikulek eta antipartikulek elkardeuseztatu egin behar izan zuten. Zergatik ez zen horrela gertatu? Zergatik bizi gara materiazko munduan? Guzti honek unibertsoan materia eta antimateria banantzeko mekanismoren bat bilatzera eraman zituen zientzilariak.

Partikula kargatuek eremu magnetiko txiki hori nola sor dezaketen ulertzea erraza da, baina neutroiek sortzen dutela esango balitz ulertzea agian ez litzateke hain erraza. Egia esan horixe gertatzen da. Honen froga zera da: neutroi-izpi bat burdin magnetizatuaren kontra zuzentzen denean, ez du burdin ez-magnetizatuaren kontra zuzentzen denean bezala jokatzen. Fisikarientzat neutroiaren magnetismoa misterioa da eta hau azaltzeko teoria batzuk plazaratuak dira. Adibidez, neutroia egitura konplikatua da, zeinean karga negatibodun partikula batek karga positibodun nukleo (protoi bat) baten inguruan biratzen bait du. Karga totala nulua da.

Karga negatiboak bere higiduraren ondorioz eremu magnetiko txiki bat sortzen du. Dena den, oraintsu egindako esperimentuek teoria hau zalantzan jarri dute. Beste teoria hobe batek, honako hau dio: neutroiaren nukleoak ez dauka kargarik, baina bere inguruan karga positibo eta negatibozko kantitate berdinak biratzen du. Partikula positiboek eta negatiboek aurkako norantzatan biratzen badute, eremu magnetiko globala sortzen da.

Nolanahi ere, zer da antineutroia? galderaren erantzuna neutroiaren errotazioan datza. Bere errotazio-higidura alderanztu deneko neutroia da. Nolabait esateko, bere hegopolo magnetikoa goian dago. 1956.ean Berkeley-ko ikerlariek, bevatroiaz lanean ari zirelarik, antineutroia lehenengo aldiz identifikatu zuten.

Materia eta antimateriaren deuseztapen-prozesua argi eta zehaztasun handiagoz ikusteko, ordenadoreaz baliatzen da.

Protoi, elektroi eta neutroien antipartikulak detektatuz gero, fisikariek hauxe pentsatu zuten: partikulek materia osatzen duten antzera, antipartikulak elkar zitezkeela antimateria osatzeko. Adibidez, antihidrogeno atomoak bere antinukleoan antiprotoi bat edukiko luke eta beronen inguruan antielektroi batek (positroiak) biratuko luke. Antideuterioak, antihidrogenoaren isotoporik sinpleenak, antinukleoan antiprotoi bat eta antineutroi izango lituzke eta inguruan biratzen duen elektroi bat ere bai. Eta gainerako elementuei dagokienez, gauza bera esan genezake. Antiatomo bakoitza dagokion atomoa bezalakoa da, baina partikulaz osatua izan ordez antipartikulaz dago osatuta.

Era berean, antiatomoak antimolekulak osatzeko elkartuko lirateke eta baita antielementuak eta antikonposatuak osatzeko ere. Antiura, esaterako, hidrogeno antiatomo bi (antihidrogeno) eta oxigeno antiatomo (antioxigeno) bat elkartzearen ondorioz eratuko litzateke. 1965. urtean Brookhave-n 10 9 eV-eko energiadun 7 protoiz berilioa bonbardatuta antideuterioa aurkitu zen. Harez gero 3-antihelioa eta antitritioa sortu dira.

Hala ere, antimateriaren lehenengo froga hauek laborategi-mailan eginak dira eta sortutako antimateria ez da batere egonkorra, zeren materiaren espazioaldean sortua denez jaio bezain laster antimateria/materia deuseztapen-prozesua gertatzen bait da. Orain arte ez da antimateria egonkorrik sortzerik egon eta Unibertsoaren bazterren batean ere ez da ikusi. Edozelan ere, fisikariek ez daukate zalantzarik: Unibertsoan antimateria egon badago.


Antimateria eta unibertsoa

Astronomoen ustez, hasieran Unibertsoan ez zegoen masarik eta gaur egun ikusten dugun masa Unibertsoaren hasiera horretan zegoen energiaren bidez sortua da. Beraz, antimateriak zerikusi handia du Unibertsoarekin.

Unibertso simetrikoa edota bikoitzaren eredua. Ba ote dago unibertsoan gure materiazko mundua bezalako antimateriazkorik?

Gaur egunean Unibertsoaren sorrera eta eboluzioa azaltzeko erabiltzen den teoria Big Bang (Standard Big Bang Model) edo Leherketa Handiaren Teoria da. Teoria honek dituen hipotesietako bat, materia/antimateriari dagokio. Unibertso primitiboan oso bero handia zegoela eta, partikula/antipartikula bikoteak kopuru berdinez sortu ziren. Baina, gaur eguneko unibertsoan ez da antimateriarik aurkitu eta hau esateko bi froga daude. Alde batetik gure galaxiatik edo ingurukoetatik jasotzen ditugun izpi kosmikoen analisiak ez du inoiz antinukleoen existentziarik agertzen. Bestalde materia eta antimateria elkarrekin badaude, elkardeuseztapen-prozesua gertatzen da, energia handiko gamma erradiazioa askatzen delarik.

Nola azaldu, bada, Unibertso primitiboaren eta gaur egunekoaren arteko konposizioen arteko ezberdintasuna? Erantzun batzuk badaude. Materia eta antimateria oso espazioalde bereiztu eta isolatuetan daude, baina ez da materia eta antimateria horrela bereiz dezakeen prozesurik aurkitu. Beraz, hipotesi hau baztertu egin da. Bestalde, hasieran gure espazioaldean partikula-kopurua antipartikulena baino handiagoa zen eta bikoteka deuseztatu zirenean partikula-kopuru bat gelditu zen.

Horren ondorioz, gure mundua materiazkoa da. Gisa berean, beste espazio alde batzuetan deuseztapen-prozesuaren ondoren antipartikulak izan ziren nagusi. Berez antimateriaz osaturiko planetak, izarrak, galaxiak,... sortu ziren. Baliteke gure teleskopioen bidez ikusten ditugun galaxia batzuk antipartikulaz osatuta egotea. Oraindik, teleskopio bidez ez dago hori zehazterik. Jakina denez, argi-emisioaren prozesua nukleoaren inguruan elektroiek deskribatzen dituzten orbiten menpe dago.

"Penning Tranpa" oinarritzen den printzipioa. Antipartikulak beren ibilbide zirkularretatik desbideratu egiten dira eta irudian agertzen den ontzirantz, zeinean eremu magnetikoen bidez batetik bestera higi erazten bait dira, zuzentzen dira.

Atomoren elektroi bakoitza positroi batez ordezkatuko bagenu eta nukleoa antinukleo batez, orbita elektronikoak eta positronikoak berdinak lirateke. Antiatomoak emititutako argia eta atomoak emititutakoa berdinak dira. Beraz, Unibertsoan egon daitekeen antimateria (antiplanetak, antiizarrak, antigalaxiak, ...) detektatzeko beste metodoren bat erabili beharko da. Argia analizatzeko metodoa egokia ez bada, antipartikulen atzetik ibili beharko da.

Izan ere Unibertsoan dagoen antimateria antihelio-nukleotan bilatu beharko da; hidrogenoaren ostean espazioan dagoen elementurik ugariena bait da. Antihelio-nukleoak aurkitzeko antizarren existentziaren seinale izango litzateke.

1990-2000 hamarkadarako ikerlari iparramerikarrek Lurraren inguruan Astromag izeneko tresna orbitan ipini nahi dute, emaitza hobeagoak lortzekotan. Tresna hau espaziountzi baten barruan egongo da. Astromag-ek partikula azkar-azkarrak beren ibilbideetatik desbidera eraz ditzaketen supereroalezko oso iman indartsuak ditu. Jarraian, detektagailu-multzo batek nukleo bat heliozkoa ala antiheliozkoa den desberdinduko du; imanez heliozko partikulak ezkerretarantz desbideratzen badituzte, antiheliozkoak eskuinetarantz desbideratuko dituzte, edo alderantziz. Beraz, Astromag-ek antimateria bilatuko du espazioan.

Bestalde, Geneva-ko C.E.R.N. ikertokiak antiprotoi-kontserbaziorako sistema bat, zeinak antiprotoien jokaera ikertzeko aukera ona emango bait digu, funtzionamenduan ipiniko omen dute. Orain arte antiprotoien jokaera ikertzeko arazo garrantzitsu batekin egin da topo: antiprotoiak energia handiko talken bidez dira sortuak, beren abiadura (argiaren ingurukoa) eta energia oso handiak direlarik. Kontserbazio-sistema berriak, ostera, L.E.A.R. (energia txikiko antiprotoien eraztuna) deituriko makina dauka. Makina honek antiprotoiak moteldu egiten ditu eta Penning Tranpa deritzon aparatua abiarazten ditu.

L.E.A.R. (energia txikiko antiprotoien eraztuna) deritzon makina, Geneva-ko ikertokiak sortutako antimateri kontserbaziorako sistema berria da. Hemen antiprotoiak tranpa magnetikopean daude.

Aparatu honetan eremu magnetiko eta elektrikoen bidez aurrera/atzeranzko higiduran mantentzen dira, hormak uki ez ditzaten. Antiprotoiak tranpa honetan dauden bitartean esperimentuak egin daitezke; beren masa protoiarenarekin parekatu, grabitate-indarrek protoiei bezala eragiten ote dien ikusi, ... Grabitate-indarrak nola eragiten dien jakitea oso interesgarria izango da, zeren gaur egun antimateria gorantz ala beherantz erortzen den espekulatzen ari bait dira.

Ondorio gisa, gaur egun antimateriaren inguruko esperimentuak egiten ari direla esan dezagun. Gai honetan fisikagintzaren kezka asko sartzen dira, hala nola, materia eta antimateriaren arteko, lege fisikoen simetrikotasuna, Unibertsoaren sorrera eta eboluzioa, energi iturri bezala erabiltzea,...

Paul Dirac zenbait ekuazio matematikoren inguruan hausnartzen hasi zenez gero, 50en bat urte igaro eta antimateriaren ikerkuntza jaio baino ez da egin.

0.0/5 rating (0 votes)

Gehitu iruzkin bat

Saioa hasi iruzkinak uzteko.

Saioa hasi

Erabiltzaile-izenik ez baduzu, eman izena

Pasahitza ahaztu zait

Jarraitu Zientzia.eus

Eduki gehiago
DokuSare bidez

Elhuyar sarean

Babesleak
Eusko Jaurlaritzako Industria, Merkataritza eta Turismo Saila