Choć antymateria istnieje od początku wszechświata, my wiemy o niej od niespełna od stu lat. Cząstki, które powstały wskutek Wielkiego Wybuchu występowały w dwóch odmianach: materialnej i antymaterialnej. I było ich mniej więcej tyle samo.
Każdy proton miał antyproton, każdy neutron miał antyneutron, każdy elektron swój antyelektron. Gdy cząstka łączy się z antycząstką, ulegają anihilacji – zamieniają się w energię (zgodnie ze znanym wzorem E=mc^2), emitowaną w formie promieniowania. Nawet na Ziemi ten proces wciąż zachodzi, choć na bardzo niewielką skalę.
Antymateria jest w bananach i w szpitalach
Średnio co niewiele ponad godzinę antyelektron spotyka elektron by zamienić się w energię wewnątrz banana. Owoce te zawierają dużo potasu i niewielka jego część występuje w postaci mało stabilnego radioaktywnego izotopu (potasu-40). W trakcie jego rozpadu powstają m.in. antyelektrony (pozytony).
Efekt wyzwolenia energii w trakcie anihilacji elektronu i pozytonu wykorzystuje się także w medycynie. Na bazie tego zjawiska funkcjonuje ważne narzędzie diagnostyki obrazowej. https://www.focus.pl/artykul/antymateria-potrzebna-od-zaraz wykorzystywany jest, poza onkologią, do badania serca, stawów czy mózgu.
Pacjentowi podaje się niegroźną dla zdrowia dawkę promieniotwórczego izotopu (np. fluor-18). Rozpadając się wyrzuca on z siebie antyelektrony. Spotykają się one z elektronami w tkankach, a pojawiające się wówczas charakterystyczne promieniowanie rejestruje tomograf. Gdy oznaczymy radioaktywnym fluorem cząsteczki glukozy (podstawowego “paliwa” dla komórek), możemy w ten sposób wykryć skupiska komórek nowotworowych, które są bardzo “żarłoczne”.
Mówimy tu jednak o niewielkich ilościach cząstek elementarnych. Na Ziemi nie jesteśmy w stanie wyprodukować większych porcji antymaterii. Uzyskanie całych atomów wymagałoby użycia akceleratorów cząstek i ogromnych energii. Jednak uczeni sądzą, że w kosmosie mogą występować duże naturalne skupiska antymaterii – antygwiazdy.
Detektor łapie antymaterię na orbicie
Po Wielkim Wybuchu – z powodów, które wciąż nie są jasne dla fizyków – https://www.focus.pl/artykul/tajemnicza-antymateria. Dlatego my jesteśmy zbudowani z materii, podobnie jak Ziemia czy Słońce. Nad tym, co się stało z antymaterią zastanawiał się już w 1933 roku Paul Dirac w swoim wykładzie noblowskim.
Fizyk, którego nagrodzono za równanie przewidujące istnienie antymaterii, dopuszczał nawet istnienie antyżycia. Skoro mogą istnieć antyatomy, to może gdzieś w kosmosie są zbudowane z nich całe planety, gwiazdy, istoty żywe, a nawet galaktyki?
Przez kolejne dekady nadzieje na znalezienie takich skupisk antymaterii zmalały. Nie zmniejszyły się jednak wysiłki w celu ich wykrycia. Dlatego od kilku lat na orbicie Ziemi mam kosztujący 1,5 mld dolarów instrument AMS-02 (Alpha Magnetic Spectrometer). Jest on połączony z Międzynarodową Stacją Kosmiczną. W 2018 roku wykrył on coś, co zaciekawiło badaczy.
AMS-02 to urządzenie poszukujące antyatomów w przestrzeni kosmicznej. Jest niezwykle czułe. Jeżeli na miliard atomów helu pojawi się choćby jedno jądro antyhelu, on je zarejestruje. Trzy lata temu, instrument wykrył coś, co mogło być atomem antyhelu – z jądrem złożonym z dwóch antyprotonów i dwóch antyneutronów.
Tak uważa Simon Dupourqué, doktorant na wydziale astrofizyki Uniwersytetu w Tuluzie. W czasopiśmie „Physical Review D” opisał, jak – wychodząc od odkrycia antyhelu sprzed kilku lat – wykorzystał bazę danych o obiektach kosmicznych emitujących silne promieniowanie gamma. W ten sposób wytypował 14 potencjalnych gwiazd, których budulcem może być antymateria.
Jak świeci gwiazda z antymaterii
– Promieniowanie kosmiczne może czasami trafić w zwykłą materię, wskutek czego powstają antyprotony czy pozytony. Ale żaden znany nam proces nie potrafi stworzyć czegoś tak złożonego, jak antyhel – przekonuje Simon Dupourqué .
Wraz ze współpracownikami zadał sobie pytanie: skąd właściwie wziął się antyhel wykryty przez AMS-02? Czy mógłby dotrzeć na orbitę Ziemi z odległej antygwiazdy? W teorii to możliwe, bo taka gwiazda “spalałaby” antywodór w trakcie reakcji termojądrowych, w wyniku czego powstawałby antyhel i promieniowanie, w tym światło widzialne. – Wyglądałaby więc całkiem jak każda inna gwiazda – dodaje Simon Dupourqué. Tyle, że wydostająca się z antygwiazdy antymateria stykałaby się szybko ze “zwykłą” materią w postaci międzygwiezdnego gazu i pyłu, ulegając anihilacji.
Naukowcy z Tuluzy przeczesali katalog obiektów wyłapanych przez działający w paśmie gamma teleskop NASA Fermi. Otrzymali listę 14 obiektów na Drodze Mlecznej emitujących promieniowanie gamma, które mogłoby pochodzić z reakcji anihilacji – łączenia się antymaterii z materią.
Wszystko to pozostaje na razie w kategoriach spekulacji. Zespół Simona Dupourqué nie ma pewności, że namierzył antygwiazdy. Zdaniem fizyka odpowiedź jest zapewne inna. – Ale gdyby jednak były to antygwiazdy, ich odkrycie zmieniłoby sposób, w jaki myślimy o powstaniu wszechświata – podkreśla Dupourqué. W takich skupiskach mogłaby ukrywać się antymateria pamiętająca czasy Wielkiego Wybuchu.
Źródła: Physical Review D, LiveScience