A fizika rohamos fejlődése ellenére számtalan alapvető kérdés továbbra is megválaszolatlan. Ezek közé tartozik az anyag és antianyag asszimetriája, vagyis az a probléma, hogy miért nem találunk antigalaxisokat, antibolygókat vagy épp antiélőlényeket.
Paul Dirac épp egy kvantummechanikai egyenletet próbált megoldani, amikor észrevette, hogy annak két megoldása van. A helyzet hasonló a másodfokú megoldóképlethez, amely úgy kezdődik, hogy +- (plusz-mínusz) utalva arra, hogy annak egy negatív és pozitív megoldása is van.
Egy ilyen megoldás matematikailag működik, de nem feltétlenül van jelentése a fizikai valóságban, sokkal kézenfekvőbb lett volna elvetni azt, de Dirac nem így tett. Négy évvel később, 1932-ben fel is fedezték az első antirészecskét, az elektron párját, a pozitront.
Létezhet egy tükörkép világ?
A fizikai törvények rendkívül igazságosak, sőt, az egyik alapvető kiindulópontja a fizikának, hogy mindig mindenhol ugyanúgy működik. Az alapvető kölcsönhatások és a törvények nem függenek attól, hogy a Földön vagy épp egy csillag belsejében vagyunk, most, vagy egymillió év múlva. Ez szoros kapcsolatban áll a szimmetriákkal, melyek szerepe elvitathatatlan. Wigner Jenő így fogalmazott:
A szimmetriák úgy kormányozzák a természettörvényeket, ahogy az utóbbiak az eseményeket.
azaz, ha a világ a fizikának engedelmeskedik, akkor a fizika a szimmetriáknak. Az antianyag felfedezéséből és a szimmetriákból egyértelműnek tűnt: létezhet egy tükörkép-világ, ahol minden ugyanolyan mint a miénkben, csak egy negatív előjellel?
Az, hogy az antianyagot egy matematikai képletben találtuk meg és nem a hétköznapokban, már sejteti, hogy sokkal ritkább lehet, mint a szokásos anyag.
Az antianyagra is az a fizika érvényes mint ami a hétköznapi anyagra, arra, ami felépít mindent amit érzékelünk magunk körül. Sőt, az antianyag alapvetően megegyezik az anyaggal, leszámítva a töltését, ami ellentétes. A megszokott anyag protonokból, elektronokból és neutronokból épül fel, amelyeknek a töltését jól ismerjük: a proton pozitív, az elektron negatív töltésű, a neutron pedig semleges. Léteznek viszont ezeknek az ellentétes töltésű párjai: a negatív töltésű antiproton, a fent említett pozitív pozitron (azaz antielektron) és az antineutron.
Minden, amit látunk a környezetünkben, anyagból épül fel. Hol van az antianyag?
A válasz első fele az, hogy az anyag és az antianyag kapcsolata nem túl békés. Ha a kettő találkozik, egyszerűen megsemmisülnek, tömegük tiszta energiaként szabadul fel, akkora robbanást hozva létre, amely mellett egy atom-, sőt egy hidrogénbomba is eltörpül.
A legnagyobb valaha készített termonukleáris bombát, a 27 tonnás, 50 megatonna erejű Cár-bombát képes lenne kiváltani egyetlen kiló antianyag-bomba.
Érthető tehát, sőt szerencsésnek gondolhatnánk, hogy a Földön és annak közelében nem fordul elő nagyobb mennyiségű antianyag, hiszen úgyis elpusztulna (annihilálódna) amikor anyaggal érintkezik, legyen az akár csupán a levegő részecskéje. Lehetnek-e viszont tőlünk távol, valahol a Világegyetem másik felén egész antianyag galaxisok, ahol minden ugyanúgy épül fel, mint a miénkben, csak ellentétes előjellel?
Lehetnének, hiszen az antirészecskék képesek összeállni és atomokat, molekulákat, élőlényeket is létrehozni.
Sikerült is mesterségesen előállítani antihidrogént és antihéliumot is, és minden jel arra mutat, hogy nem lenne akadálya egy komplex anti-világnak, mégsem találtunk eddig egyet sem.
Csillagászati mérőműszerek elvileg képesek lennének kimutatni az antianyag csillagokat és bolygókat, de egyelőre sikertelenül. Úgy tűnik tehát, nincs ellentétes oldala a Világegyetemnek.
Sőt, az antianyag annyira ritka, hogy a NASA becslése szerint a legdrágább anyag a Földön: egy gramm pozitron előállítása körülbelül 25 milliárd amerikai dollárba kerülne, ennél még drágább az antiproton és az antihidrogén.
Probléma a tárolás is, hiszen semmilyen anyagból készült “edénybe” nem rakhatunk antianyagot, hiszen azonnal robban.
Úgy tűnik ezért, az antianyag nem bujkál, hanem örökre elveszett. Feltehetően az Ősrobbanáskor ugyanannyi jött létre mindkettőből és azok érintkezve annihilálódtak, majd újra létrejöttek. Ez egy kiegyenlített folyamatnak tűnik, aminek két kimenetele lehetne: vagy egy idő után semmilyen anyag és antianyag nem létezik, mert mind elpusztította egymást, vagy pont ugyanannyi létezik mindkettőből. Sajnos egyik sem írja le a valóságot.
A fizikusok az elmúlt közel 100 évben számtalan magyarázatot próbáltak találni az anyag-antianyag asszimetriára, amely azóta a fizika egyik legalapvetőbb problémájává nőtte ki magát.
Túlzás nélkül a létezésünket köszönhetjük annak, hogy valamiért az anyagból felépülő világunk hellyel-közzel stabilnak tűnik, és nem tűnt el egy fényes robbanásban.
A jelenleg legvalószínűbb elmélet ezt annak köszönhetjük, hogy úgynevezett CP-szimmetriasértés történhetett az Ősrobbanás legelső pillanataiban.
A “C” a részecskék töltésére (charge) a “P” pedig azok irányultságára (paritására) utal. A paritás szimmetriája olyasmit jelent, hogy nincs kitüntetett irány, a fizikai folyamat ugyanúgy működik, akkor is, ha tükrözöm. Teljesen mindegy, hogy egy űrhajóval milyen irányba indulok el, ugyanúgy fogok haladni. A “C” szimmetriasértésnél is ez a helyzet, csak irány helyett töltéssel történik ugyanez, ha minden részecske töltését pont az ellentétére cserélem, a fizika attól még változatlan.
CERN Antianyag Gyár
Valamikor az Ősrobbanás legelső pillanataiban történhetett egy olyan CP-szimmetriát sértő folyamat ami kibillentette az anyag-antianyag egyensúlyt. A CERN kutatói jelenleg is vizsgálják ezt a szimmetriasértést, amely magyarázatot adhatna az antianyag eltűnésére.
Már több különböző részecskénél sikerült kimutatni a szimmetriasértés ezen fajtáját, viszont azok mértéke még nem akkora, hogy megmagyarázzon egy akkora eltérést amit tapasztalunk, hiszen az antianyag mennyisége elenyésző az anyaghoz képest.
A CERN kutató bizakodók, ráadásul ők rendelkeznek a világ egyetlen Antianyag Gyárával és az arra épülő számtalan kísérlettel.
Forrás: tudas.hu