Cel mai scump material de pe Terra nu este un anume minereu sau de un tip rar de rocă, ci antimateria. Un material produs atât natural, chiar și de organism, cât și artificial, în acceleratoarele de particule.
La CERN, unde sunt și cele mai mari acceleratoare de particule, pentru a produce un gram de antihidrogen s-a estimat că ar fi nevoie de 100 de miliarde de ani (se apreciază că se pot face 10 milioane de antiprotoni pe minut). Iar costul acestui gram de antihidrogen a fost evaluat de NASA la 62,5 triliarde de dolari. Asta după ce, la începutul mileniului se calculase că un gram de pozitroni (antielectroni) ar valora 25 de miliarde de dolari. De aceste prețuri gigantice se apropie, mult în urmă însă, alte două materiale realizate de oamenii de știință în laborator. Endofulerenele, o clasă de compuși de atomi de carbon cu structuri de tip dom geodezic sau de tip cușcă care au prinși la interior atomi sau ioni adiționali, primele complexe de acest fel fiind sintetizate în 1985. Prețul? Începând de la 138 de milioane de dolari per gram. Californium este un alt element produs în laborator, pentru prima dată în 1950, prin bombardarea Curiumului cu ioni de heliu-4. Chiar dacă se credea că este doar un element artificial, în 1961, astronomul Antoni Przybylski a descoperit o stea ”ciudată”, HD 101065, la 355 de ani lumină distanță de Soare, în constelația sudică Centaurul. Omul de știință a demonstrat că astrul conținea cantități mari de actinide, elemente radioactive, printre ele și californium. Cost? Poate ajunge și la 27 de milioane de dolari per gram. Mult în spate pe lista celor mai scumpe materiale de pe Terra sunt jadeitul, diamantul roșu sau rubinul, cu valori între 5 și 15 milioane de dolari gramul.
Ce e antimateria, video Fermilab! (în engleză)
Antimateria este opusa materiei, este formată din antiparticule, din antiprotoni, antineutroni și antielectroni (pozitroni). Antiparticulele au aceeași masă cu particulele dar au sarcină și rotație opusă, astfel că în urma coliziunii ele se anihilează emițând fotoni de înaltă energie, raze gamma. În 1928, Paul Dirac a scris o ecuație în care explica comportamentul unui electron care se mișcă la viteze relativistice, ecuație care i-a adus Premiul Nobel. Problema era că această relație matematică avea 2 soluții posibile, una pentru un electron cu energie pozitivă și alta pentru un electron cu energie negativă. Fizicianul britanic a interpretat datele realizând că pentru fiecare particulă trebuie să existe și o antiparticulă. Pozitronul (antielectronul) a fost descoperit 4 ani mai târziu de Carl D. Anderson (vezi foto).
Antimateria se poate produce atât natural, cât și artificial. Pozitronii pot apărea atunci când are loc o dezintegrare beta (un tip de dezintegrare radioactivă) a nucleelor atomice, de exemplu a radioizotopilor de Potasiu-40, sau din interacțiunile razelor gama cu materia. De fapt orice conține Potasiu-40 este o sursă de antimaterie. De exemplu, bananele eliberează câte un pozitron aproximativ la fiecare 75 de minute. Sau corpurile noastre, care conțin și ele Potasiu-40, ceea ce înseamnă că și din oameni sunt emişi pozitroni. În 2011, American Astronomical Society a descoperit pozitroni formați deasupra norilor de furtună. Antiprotoni au fost descoperiți de modulul PAMELA în centura de radiații Van Allen. Radiațiile cosmice, atunci când ”lovesc” atmosfera Pământului, creează numeroase particule, pioni în cea mai mare parte, care se dezintegrează în muoni, dar și antiparticule, pozitroni și antiprotoni.
”Explozii” de raze gamma care crează antimaterie (în engleză)
Artificial, antimateria se produce în acceleratoarele de particule, cum ar fi cel situat la granița Franței cu Elveția, la câțiva kilometri de Geneva. CERN (Consiliul European pentru Cercetare Nucleară) este o organizație europeană de cercetare științifică fondată în 1954, la care este afiliată și România, care operează cel mai mare laborator din lume pentru cercetarea particulelor elementare. CERN înseamnă acum Laboratorul European pentru Fizica Particulelor și are în dotare șase acceleratoare de particule și un decelerator de particule. Printre multiplele descoperiri științifice de la CERN, amintim descoperirea bosonilor W și Z (1983) sau prima obținere pe cale artificială a antihidrogenului (1995). Dacă și-ar îndrepta toate capacitățile spre producerea de antimaterie, CERN ar putea face doar a miliarda parte dintr-un gram pe an, până acum laboratoarele lor realizând mai puțin de 10 nanograme (cu asta s-ar putea produce energie cât să se aprindă un bec de 60W pentru 4 ore).
Problema cu antimateria este că se anihilează atunci când intră în contact cu materia. Pentru a rezolva această dificultate s-au folosit capcane magnetice în vacuum care să prevină aceste coliziuni, capcane Penning. Sunt de fapt mici acceleratoare, în interiorul lor câmpurile magnetice și electrice opresc particulele să se lovească de pereții dispozitivului. Pentru a păstra antihidrogen, particulă neutră, este nevoie de capcane loffe. Acestea funcționează prin crearea unei zone spațiale în care câmpul magnetic devine tot mai mare în toate direcțiile spre exterior. Particula este atrasă de zona cu cel mai slab câmp magnetic, asemănător cu modul în care o bilă ce se rotește într-un castron ajunge în final pe fundul acestuia. Până în acest moment, recordul de timp în care au fost ținuți antiprotoni este de 405 zile, iar antihidrogen, de aproximativ 17 minute.
Se pot ”construi” anti-lumi? Foarte greu, mai degrabă imposibil, spun cercetătorii. În acest moment, este dificil și să se creeze antihidrogen, iar pentru a face un anticarbon pare de domeniului SF. Asta pentru că pentru fiecare antiatom trebuie obținute înainte fiecare dintre antiparticulele componente. De exemplu, pentru antideuterium, un antihidrogen cu un antineutron în plus, trebuie făcută înainte acea particulă. Fiind neutri, ei trebuie realizați în număr foarte mare, ca pentru un milion de antineutroni, măcar unul să ajungă în locul potrivit pentru a se combina cu antihidrogenul în antideuterium. ”Astfel că pentru fiecare antineutron sau antiproton pe care-l adaugi pentru a face ceva mai complex, ai același factor de probabilitate de un milion care intervine de fiecare dată”, explica un oficial CERN.
Antihelium a fost observat încă din 1970, într-un institut din Rusia. Apoi, într-un experiment, STAR detector, realizat în SUA. De asemenea, pe Stația Spațială Internațională au fost detectate cu ajutorul Alpha Magnetic Spectrometer 8 situații care indicau prezența antihelium-3. ”După antihelium, următoarea antimaterie stabilă ar fi antilitium, iar rata producerii antilitiumului în acceleratoare de particule se așteaptă să fie de 2 milioane de ori mai mică decât cea pentru antihelium”, a spus un membru STAR.
Video & Foto: NASA, Fermilab, CERN, American Physical Society
