Czy skoro jabłka spadają, to anty-jabłka się wznoszą?
Wydawałoby się, że to nie powinno być trudne: należy wytworzyć antymaterię, spowolnić ją, upuścić i patrzeć, czy będzie spadała, czy nie. W CERN osiągnięto właśnie kolejny etap przygotowań do tego typu eksperymentu – o nazwie GBAR (skrót od wyjaśniającej cel nazwy: Gravitational Behaviour of Anti-hydrogen at Rest). Niedawno opublikowano (na razie w formie preprintu) pierwsze wyniki.
Antymateria bardzo rzadko pojawia się na Ziemi, więc żeby z nią eksperymentować, należy ją najpierw wytworzyć. Niekiedy to proste: antyelektrony powstają w rozpadach promieniotwórczych wielu izotopów, z których niektóre da się łatwo produkować w reaktorach jądrowych. Z antyprotonami jest już trudniej. Jednocześnie, do eksperymentu potrzebna jest cząstka elektrycznie obojętna, bo ładunek spowodowałby, że oddziaływanie elektrostatyczne zdominowałoby delikatną siłę grawitacyjną.
Naukowcy nie pierwszy raz podejmują próbę wytworzenia antywodoru. Udało się to już wielokrotnie, ale tych atomów zawsze było za mało i zawsze poruszały się o wiele ze szybko. Atomy wodoru (i antywodoru) można chłodzić i łapać w pułapki optyczne – tyle że daje się to zrobić wtedy, kiedy już na starcie są dość chłodne, czyli powolne. Prześledźmy zatem, jak wygląda produkcja antywodoru i zobaczmy, na czym polega nowy pomysł kolegów i koleżanek z projektu GBAR.
Zaczyna się od butli z wodorem (kupionej w sklepie). Wodór jonizuje się, otrzymując protony, które serią akceleratorów przyspiesza się do 99,93 proc. prędkości światła, a potem strzela nimi w cienki pręcik z irydu. Wśród różnych „odłamków” powstających ze zderzeń są też ujemnie naładowane antyprotony. Wyławia się je przy pomocy pola magnetycznego, w którym odchylają się w przeciwną stronę niż dodatnio naładowane protony. Antyprotony poruszają się bardzo szybko, w różnych kierunkach i dodatkowo z różnymi prędkościami – należy je więc skupić, i spowolnić. Potem przepuszcza się je przez gęstą chmurę łapanych wcześniej przez długi czas antyelektronów. Część łączy się w atomy antywodoru. Niestety, atomy te są nadal zbyt szybkie, żeby je złapać i schłodzić…
Zamiast próbować łapać atomy antywodoru, można jednak przygotować eksperyment tak, by powstawały w nim jony „anty-H-minus”, zbudowane z antyprotonu i dwóch antyelektronów – na tym polega nowy pomysł. Co to da? Powstałe jony są naładowane elektrycznie, więc można je wygodnie łapać i spowalniać (podobnie jak antyelektrony). A kiedy już zbierze się ich wystarczająco wiele, można je zjonizować – skłonić impulsem laserowym do oddania jednego antyelektronu, w efekcie czego powstaje atom antywodoru. Taką jonizację można przeprowadzić delikatnie. Atomy będą wówczas wystarczająco powolne, że da się je utrzymać i schłodzić w pułapce optycznej. Schłodzić i upuścić. Do tego celu trochę brakuje jeszcze kilku kroków, ale właśnie wykonano kolejny.
To jest pierwsza wzmianka na ten temat. Jeśli z niej korzystasz, powołaj się na źródło, czyli na www.projektpulsar.pl. Dziękujemy.