W ostatnich latach najczęstszą kandydatką na "napęd" Wszechświata była tzw. ciemna materia (której nie należy mylić z antymaterią) lub antygrawitacja, nieznana siła przeciwna grawitacji, która rozpycha Wszechświat.
Być może jednak ciemna energia i ciemna materia, o których ciągle wiemy bardzo niewiele, nie są potrzebne do wyjaśnienia zagadki. Nowe badania wskazują, że to wzajemne oddziaływania pomiędzy materią i antymaterią mogą być powodem antygrawitacji i coraz szybszego rozszerzania się tego, co istnieje.
Co to jest ciemna materia?
Ciemna materia i ciemna energia stanowią ponad 90 proc. masy Wszechświata. Nie emitują i nie odbijają światła, a ich istnienie zdradzają jedynie wywierane przez nie efekty grawitacyjne. Fizycy nie wiedzą nawet, jaka jest natura tych ciemnych składników kosmosu. Próby jej zrozumienia podejmowane są między innymi w Wielkim Zderzaczu Hadronów.
Co to jest antymateria?
Istnienie antymaterii zostało przewidziane teoretycznie przez fizyka Paula Diraca, który nawet zdobył za to Nobla w 1933 roku. Antymateria przypomina „zwykłą” materię, ale ma przeciwny ładunek: anty-elektron jest tam naładowany pozytywnie, a anty-proton niesie ładunek ujemny. Anty-wodór to zatem anty-elektron krążący wokół anty-protonu.
Antymateria to najlepsze źródło energii we Wszechświecie. Bomby wodorowe mają tylko (!) 1 proc. skuteczności jeżeli chodzi o konwersję masy na energię (wynika to ze słynnego równania Einsteina). Kiedy jednak antymateria spotka się z materią, w 100 proc. przemienia się w energię. Tak wynika z obliczeń.
Anty-elektrony umiemy już produkować od dawna. Mogą być tworzone poprzez rozkład radioaktywny. Nie bójmy się także, że teraz wszystko wybuchnie. Anty-atomy są tworzone w CERN od 1995 roku, ich „żywot” był dotąd jednak bardzo krótki – szybko anihilowały je „normalne” atomy.
Newton nie oberwie anty-jabłkiem
Naukowcy od dawna sprawdzają, czy grawitacja powodowana przez ciała z antymaterii mogłaby być „odwrotna”. Ostatecznie, chociaż cząstki, z których się składa, mają przeciwne ładunki, masa pozostaje taka sama, zawsze dodatnia. Wygląda więc na to, że świat zbudowany tylko z antymaterii miałby takie same prawa grawitacji.
Co jednak, kiedy antymateria spotyka materię? I na to pytanie postanowił odpowiedzieć Massimo Villata z Turyńskiego Obserwatorium Astronomicznego. Sądzi, że odpowiedź można znaleźć u Einsteina. Materia przyciąga materię, a antymateria – antymaterię. Ale nawzajem materia z antymaterią się odpychają.
Pomysł wydaje się nieintuicyjny – na pierwszy rzut oka to masa odpowiada za grawitacyjne zachowanie się obiektu, a nie jego ładunek. W grawitacji biorą jednak udział także inne czynniki – poza masą. Czas, przestrzeń i ładunek zwykle są symetryczne, co jednak, kiedy zmienimy któryś z elementów? – Antymateria istnieje jak gdyby w odwróconej czasoprzestrzeni – wyjaśnia Villata.
Jeśli zatem anty-jabłko spadnie na głowę anty-Newtona siedzącego na anty-Ziemi, wszystko zadziała jak zwykle. Ale jeśli anty-jabłko zechce spaść na Ziemię, to... nie spadnie. Oddali się od głowy Newtona, stopniowo przyspieszając. – Antymateria jest alternatywą dla ciemnej materii w koncepcji rozszerzania się Wszechświata – mówi Villata.
Obserwacje powiedzą prawdę
Jeśli antymateria i materia się odpychają, to dlaczego w zderzaczach dochodzi do ich spotkania i anihilacji? Villata uważa, że to dlatego, że we Wszechświecie antymateria istnieje w wielkich ilościach, zapewne w „pustych” przestrzeniach, które obserwujemy w gromadach galaktyk i gromadach gwiazd. Jak na razie, nie dostrzegliśmy tam jednak owej antymaterii.
Propozycja Villaty jest jednak traktowana bardzo poważnie. Problemem antygrawitacji pomiędzy materią i antymaterią zajmie się teraz CERN. Właśnie temu oddziaływaniu poświęci najnowszy eksperyment AEGIS – fizycy zbadają, jak grawitacja Ziemi oddziałuje na wodór i anty-wodór. Być może już wkrótce będziemy wiedzieli coś więcej.
(ew/PhysOrg.com/polskieradio.pl)
