ZNANOST: hrvatski znanstveni portal

Otkrivena najteža čestica antimaterije

Antihelij-4 je dosad najteža otkrivena stabilna antijezgra, a izgleda da još desetljećima nećemo moći otkriti nešto slično. Članovi međunarodne istraživačke skupine STAR su na Relativističkom sudaraču teških iona (eng. Relativistic Heavy Ion Collider - RHIC) otkrili antimaterijski pandan jezgre helija: antihelij-4. Ova nova čestica, poznata i kao 'anti-alfa', je najteža antijezgra ikad otkrivena. Relativistički sudarač teških iona je zapravo akcelerator čestica namijenjen proučavanju uvjeta u najranijem dobu Svemira, a smješten je u Nacionalnom laboratoriju Brookhaven.

Anti-alfa je težinom nadmašila antičesticu koju je prošle godine otkrila ista istraživačka skupina, a znanstvenici ističu kako je malo vjerojatno da će skoro moći otkriti težu antičesticu. Naime, sljedeća slična čestica, koja ne ulazi u radioaktivni raspad, je čak milijun puta rijeđa i vjerojatno se ne može detektirati današnjom tehnologijom.

"Ovo otkriće naglašava nevjerojatne mogućnosti uređaja RHIC za proučavanje osnovnih pitanja o prirodi materije, antimaterije i mladog Svemira", navodi William F. Brinkman, ravnatelj Ureda za znanost pri Odjelu za energetiku SAD-a. Steven Vigdor, jedan od ravnatelja Odjela za nuklearnu fiziku i fiziku elementarnih čestica, a ujedno i voditelj RHIC programa na laboratoriju Brookhaven, navodi: "Osim ako ne dođe do neočekivano brzog napretka u tehnologiji akceleratora čestica ili ukoliko ne otkrijemo potpuno drugačiji mehanizam proizvodnje antičestica, antihelij-4 će još dugo vremena ostati najteža stabilna antijezgra." Članovi istraživačke skupine STAR opisuju svoje otkriće u članku objavljenom 24. travnja na internetskom izdanju znanstvenog časopisa Nature.

Stvaranje uvjeta potrebnih za proučavanje prirode antimaterije nije nimalo lak zadatak. Jedna od najvećih tajni fizike jest pitanje zašto se čini da je naš Svemir gotovo u potpunosti izgrađen od obične materije kada je znanstveno prihvaćena pretpostavka da su u vrijeme Velikog Praska materija i antimaterija stvorene u isto vrijeme i u istim količinama.

Za rekreiranje uvjeta sličnih uvjetima neposredno posije Velikog Praska, u RHIC-u se sudaraju ioni zlata pri brzinama bliskim brzini svjetlosti, pri čemu se oslobađaju gotovo jednake količine kvarkova i antikvarkova. Velik dio stabilne materije nastale tijekom takvih sudara ostavlja jasan signal na STAR detektoru prije nego li, zajedno s običnom materijom, bude uništena u vanjskom dijelu uređaja.

Proučavanjem podataka dobivenih od polovice trilijuna nabijenih čestica emitiranih od čak jedne milijarde sudara, istraživačka skupina STAR zabilježila je 18 pojava jedinstvenog 'potpisa' jezgre antihelija-4. Jezgra antihelija-4 se sastoji od dva antiprotona i dva antineutrona, stabilna je i ne ulazi u radioaktivni raspad, nabijena je nabojem dva elektrona dok joj je masa gotovo četiri puta veća od mase protona. Rezultati istraživanja pokazuju kako se novootkrivene anti-alfe mogu lijepo razlučiti od lakših izotopa, ali i da imaju očekivanu masu. 

Nakon što su uspjeli izmjeriti brzinu nastanka antihelija-4 tijekom gore opisanih nuklearnih reakcija, znanstvenici su otkrili da ona odgovara predviđanjima zasnovanim na statističkom srašćivanju antikvarkova iz smjese kvarkova i antikvarkova stvorene tijekom sudara teških iona u RHIC-u. Ipak, činjenica da se čak 12 kvarkova uspješno povezuje u tako složenu jezgru te da proces u potpunosti odgovara teoretskim predviđanjima, je poprilično zadivljujuća, pogotovo uzmemo li u obzir da se sve to događa usred brzo rastuće materije, stvorene na izuzetno visokoj temperaturi te da je životni vijek čestice čak deset puta kraći od trilijuntog dijela, trilijuntog dijela sekunde.

Poznavanje brzine nastanka ovakvih antijezgara važno je za cijeli niz znanstvenih disciplina, a može biti od koristi i u potrazi za novim fenomenima u našem Svemiru. Naime, ovo je istraživanje blisko povezano s namjenom novog uređaja, poznatog i kao alfa magnetski spektrometar (AMS), koji će pred kraj travnja biti isporučen na Međunarodnu svemirsku stanicu, a pomoću kojeg će znanstvenici tragati za antimaterijom u Svemiru.

"Ukoliko otkrijemo postojanje nakupine antimaterije u Svemiru, rezultati istraživanja provedenog na laboratoriju Brookhaven poslužit će kao kvantitativna usporedba", objašnjava Hank Crawford, jedan od članova istraživačke skupine STAR, inače zaposlen na Laboratoriju za proučavanje Svemira na sveučilištu California, Berkeley. "Otkrijemo li antihelij-4, AMS eksperiment bi mogao dokazati postojanje veće količine antimaterije u našem Svemiru, koja je na neki način odvojena od obične materije."

Prošle je godine u CERN-u započelo slično istraživanje posljedica sudara teških iona, ali pri energijama čak jedan red veličine većim od onih u RHIC-u. Jasno je da i tamo postoje uvjeti za stvaranje i proučavanje antijezgri pa će biti interesantno vidjeti što će tamo otkriti.

"Otkriće jezgre antihelija-4 u može se povezati i s važnim događajem u povijesti znanosti; sa stotom obljetnicom Rutherfordova pokusa. Naime, Rutherford je bombardirao listiće zlata običnim alfa-česticama ne bi li bolje proučio strukturu materije", podsjeća  Aihong Tang, također član istraživačke skupine STAR i vodeći autor objavljenog članka. "Ti pokusi, provedeni 1911. godine, su prvi koji su potvrdili postojanje atomskih jezgri te time obilježili početak modernog pristupa proučavanju atomske strukture svijeta oko nas."

Izvor: DOE/Brookhaven National Laboratory

Podijeli.