Frank Close, Zagonetka odsutne antimaterije

Zašto je uopše nešto? 

Zagonetka odsutne antimaterije

Antimaterija se nalazi u središtu jedne od najvećih zagonetki: zašto je u svemiru nema više? Opšteprihvaćena mudrost glasi kako je pre četrnaest milijardi godina silina otpuštene energije Velikog praska raspršila materiju i antimateriju u savršenoj ravnoteži. Ova transsupstancijacija energije u čestice i antičestice nije bila jednosmerna; ako ove suprotnosti naknadno dođu u doticaj one se međusobno poništavaju, pri tome se energija, prethodno sadržana u njima, oslobađa u obliku gama zraka. U kotlu vrlo ranog svemira ovakvi sudari bili bi sasvim uobičajeni, a novorođeni materijal ne bi potrajao dugo. Ako su u prvom trenutku materija i antimaterija potekle zajedno, istovremeno iz Velikog praska, već su se u isti mah trebale međusobno poništiti.

Ovo postavlja pitanje u nešto drugačiju perspektivu. Zagonetka nije toliko u tome zašto je antimaterija nestala koliko u tome zašto je materija preživela? Možda odgovor glasi kako postoji neka razlika među njima te da one nisu savršene  preslike jedna druge.

Znamo da u tajanstvenom svetu neobičnih i suštinskih okusa postoje suptilne razlike, ali čini se da su osnovni elektroni, protoni i neutroni precizno upareni s njihovim antičestičnim suprotnostima. Ako i postoji ikakva razlika, ona je izvan naše mogućnosti merenja. Sva njihova svojstva čine se onakvima kakvima ih je predvideo Dirac: čestice normalne materije i njihove antičestice u savršenoj su protuteži.

Iako su atomi antivodonika do sada najdetaljnije opažane skupine “anti”- materije, teorija i iskustvo ukazuju na to da svi atomski elementi mogu postojati u “anti” formi. Upravo kao što periodna tablica elemenata prikazuje atomske elemente koji su sačinjeni od elektrona koji okružuju jezgru koja sadrži protone i neutrone, tako će i anti-periodna tablica anti-elemenata proizići iz rojeva pozitrona koji okružuju antijezgru koja sadrži antiprotone i antineutrone. Pravila kvantne mehanike koja objašnjavaju stabilnost atoma materije impliciraju jednaku stabilnost atoma antimaterije. Pri tome bi se predznaci električnih naboja obrnuli, ali zakoni međusobnog privlačenja suprotnosti i međusobnog odbijanja jednakih naboja ostaju jednaki.

Složeni međuodnosi koji čine aminokiseline, DNK i život, isto će tako dopustiti anti-elementima da čine anti-DNK pa čak i anti-život. Hemija antimaterije jednaka je onoj materije: antiplaneti i antimaterija u svim su svojim formama ostvarljivi upravo kao i poznata materija koja prevladava u poznatom svemiru. Jesu li antigalaksije antizvezda okružene antiplanetima antimaterije koji u dalekim prostranstvima svemira čekaju na astronaute koji ništa ne slute? Koliko smo sigurni da tamo negde vani nema antimaterije u velikim količinama?

Zemlja nije slična svemiru u celini. Mi smo netipični po pitanju prisutnosti pojedinih elemenata, a isto bi moglo biti slučaj i s antimaterijom. Stoga jedno je priznati da nema antimaterije negde u našoj neposrednoj blizini, a drugo pretpostaviti da je ovo istina posvuda i da je celokupni materijalni svemir sačinjen od materije do stupnja isključenja antimaterije. Kako možemo znati sastav daleke zvezde koju vidimo tek kao slabašno svetlo u beskraju svemira? Sve što vidimo sa Zemlje jest svetlost zvezda, a kako nemamo razloga pretpostaviti da su spektri antielemenata imalo različiti od onih elemenata, ne možemo razlikovati zvezde od antizvezda jednostavno gledajući u noćno nebo.

Astronauti su sleteli na Mesec, kao što su i robotske sonde na Mars, a da nisu bili uništeni stoga znamo da tu nema antimaterije. Celi Sunčev sistem kupa se u solarnom vetru, struji subatomskih čestica koje emitira Sunce. Kada bi Sunce bilo antizvezda, a solarni se vetar sastojao od antičestica, zabeležili bismo gama zrake nastale u trenutku poništenja antičestica s materijom planeta. Međutim ne vidimo takve gama zrake.

Ovo također pokazuje besmislenost kultova koji veruju da su komete sačinjene od antimaterije. Pri prolasku antikometa kroz solarni vetar količine gama zračenja bile bi goleme, svaki poništeni gram oslobodio bi dvostruko veću energiju od one oslobođene atomskom bombom bačenom na Hirošimu. Sonda Giotto uspešno je odaslala fotografije iz unutrašnjosti kometa Halley. Ako antikometi i antimeteoriti i postoje, oni sačinjavaju manje od milijarditog dela ukupne materije u Sunčevom sistemu.

Kada zvezde eksplodiraju, njihovi ostaci rasprše se po svemiru, a ukoliko ih zahvate magnetske silnice našeg planeta razbiju se u gornjem delu atmosfere kao kosmičke zrake. Kako su pozitroni otkriveni u kosmičkim zrakama, a antiprotoni su također zabeleženi u istima, može biti primamljivo misliti da su navedene antičestice ostaci antizvezda što su eksplodirale negde daleko. Međutim upravo je suprotno; ovi pozitroni i antiprotoni ostaci su nastali iz energije oslobođene u trenutku kada kosmička zraka visoke energije, sačinjena od materije, udari plin u gornjem delu atmosfere. Da je antizvezda eksplodirala i raspršila anti-elemente po svemiru tada bi i oni bili prisutni, ali do sada nije zabeležena prisutnost anti-elemenata ili antijezgara u kosmičkim zrakama u Zemljinoj atmosferi. Potraga za antimaterijom u zrakama iznad granice atmosfere vrši se putem AMS satelita te pomoću balona koji lebdi do granice atmosfere sa svemirom iznad Južnog pola. Međutim antimateriji nema traga, čak ni nečemu tako jednostavnom kao što je antihelij, što stoji u suprotnosti prema prisutnom mnoštvu pojedinačnih pozitrona i antiprotona.

Možda su ovi anti-elementi uništeni negde na svome putu. Iako je navedeno moguće, ne postoje dokazi koji bi to i potvrdili. Bila bi zabeležena prisutnost značajnih izboja gama zraka kao posledica poništenja pozitrona od strane elektrona u međuzvezdanom mediju isto tako poništenje antiprotona također bi bilo zabeleženo. Kao što je poznato, međuzvezdani prostor gotovo je vakuum što ne znači da je potpuno prazan stoga ako bi antimaterija putovala nekoliko svetlosnih godina, pre ili posle naišla bi na nešto te bi bila otkrivena. Također znamo da je u našem svemiru prisutno mnoštvo galaksija, a među nekima od njih postoje bliski susreti te imaju prošireno delovanje kao gravitacijsko privlačenje na svoje individualne zvezde. U slučaju da je ijedna od ovih međusobno sudarajućih galaksija sačinjena od antizvezda, na granicama bi se javili značajni izboji gama zraka, no još jednom, ništa od navedenog nije zabeleženo.

Čini se da se svi znakovi antimaterije javljaju usled njenog prolaznog i prelaznog nastajanja iz sudara koji uključuju običnu materiju, kao iz sudara između kosmičkih zraka i atmosfere. Poslednjih trideset godina gama zrake koje dolaze iz središta naše Mlečne staze signaliziraju kako tamo postoje oblaci pozitrona. 2008. godine teleskop za gama zrake na satelitu, imena “Integral,” otkrio je kako se ovi pozitroni nalaze u susedstvu binarnih zvezda x-zraka. Ovo su obične zvezde koje neutronske zvezde ili crne rupe proždiru žive. Plinoviti materijal umiruće zvezde formira spiralu krećući se prema kanibalu te postaje neizmerno vruć, pri čemu se formiraju parovi elektrona i pozitrona. Nešto bliže domu, velika solarna baklja 2002. godine proizvela je energetski visoko nabijene čestice koje su se sudarile sa sporijim česticama u solarnoj atmosferi pri čemu su nastali pozitroni. Procenjeno je kako je pritom nastalo i do pola kilograma pozitrona; kada bi se ta energija mogla povratiti njihovim naknadnim poništenjem, bila bi dovoljna da napaja Ujedinjeno Kraljevstvo na dva dana.

Svi dokazi upućuju na zaključak kako je sve u krugu od nekoliko stotina miliona svetlosnih godina od nas sačinjeno od materije, pri čemu su prethodno navedene prolazne antičestice, nastale u gore spomenutim procesima, iznimka. Ovde je zasigurno reč o golemim veličinama no one su samo delić vidljivog svemira. Postoji još mnogo neistraženog svemira u kojem bi antimaterija mogla dominirati. Postoji li mogućnost da su materija i antimaterija postale razdvojene, svaka unutar svoje velike nezavisne domene?

Svemir kakvog vidimo danas samo je hladni ostatak svog izvornog nastanka u vrućem Velikom prasku, a kada se stvari hlade njihova priroda može se promeniti: voda se smrzava u snežne pahulje, metal postaje magnetizovan. Analogno tome odvojene regije materije i antimaterije mogle su se formirati pri hlađenju svemira. Odmah nakon Velikog praska mladi svemir bio bi kao pena svetle energije, pri čemu bi materija i antimaterija neprestano bile stvarane i uništavane. Svemir je stario i hladio se do granice kada više nije bio dovoljno vruć da zameni poništenu materiju i antimateriju s novom. Prirodnim pravilima verovatnosti javile bi se neke regije u kojima bi postojalo lagano preobilje materije te neke u kojima bi postojalo lagano preobilje antimaterije.
Kako bi se svemir hladio i dalje, pojavili bi se zvezde i elementi s obzirom na to da bi se osnovne čestice međusobno spajale u regijama gde dominira materija, a u domenama antimaterije pojavile bi se antizvezde.

Iako navedeno ostaje kao mogućnost, većina modela svemira nije sklona ovakvom scenariju. Opšteprihvaćen stav kaže kako je čitavi vidljivi svemir sačinjen od materije do stepena isključenja antimaterije. U proseku, svakih pet kubnih metara vanjskog svemira sadržava jedan proton, nijedan antiproton te deset milijarda kvanta radijacije. Sve što znamo o ranom svemiru, iz teorije, promatranja te rezultata eksperimenata na LEP-u, predlaže kako su u vrućem stanju odmah nakon Velikog praska ovi brojevi bili sledeći: deset milijardi kvante radijacije, deset milijardi antiprotona te deset milijardi i jedan proton. Zaključak glasi kako je jedan od prvih nastupa nakon stvaranja bio onaj velikog poništenja koji se odvio na način da je današnji svemir kojim dominira materija sačinjen od preživljavanja jednog protona od njih deset milijardi. Sve što danas postoji ostatak je još veličanstvenije kreacije.

Ako je tome tako, tada se nešto moralo dogoditi čak ranije nego prethodno navedeno kako bi prevagnulo u korist protona nad antiprotonima na nivou jednog dela naprema milijardi. Nešto mora činiti razliku između materije i antimaterije. Kako bismo otkrili šta bi to moglo biti, važno je prvo razumeti kako je materija kakvu znamo danas nastala iz Velikog praska.

Ponavljanje Velikog praska

Ne samo da je materija na Zemlji u velikoj meri netipična za svemir, već je materija u svemiru i evoluirala kroz vreme. Na Zemlji materiju sačinjavaju atomi: elektroni zatočeni u hladnoći električnom silom atomske jezgre. Kako temperatura raste, atomi se sudaraju sve jače i njihovi elektroni postaju nestabilni. Iznad otprilike deset hiljada stepeni  atomi ne mogu više ostati celoviti. Njihovi elektroni postaju oslobođeni i slobodno se gibaju u plinu električno nabijenih čestica poznatim kao “plazma.” Slično stanje nalazimo u unutrašnjosti Sunca gde temperatura prelazi milion stepeni  , a vodonik je potpuno razbijen na nezavisne plinove elektrona i protona. Danas imamo mogućnosti eksperimentisanja sa zrakama elektrona i protona pri čemu možemo promatrati na koji se način ponašaju pri međusobnim sudarima pri energijama tipičnima za takve temperature. Ovakvi eksperimenti potvrđuju kako je Sunce zaista golemi stroj za nuklearnu fuziju prolazeći kroz svoj prvi stadij hemijskog kuhanja.

Eksperimenti pokazuju da pri još višim temperaturama materija preuzima više novih formi. Koliko za sada možemo reći, elektroni ostaju jednaki pri svim temperaturama, ali protoni i neutroni ne ostaju. U hladnim uslovima na Zemlji i čak u vrućem središtu Sunca, protoni i neutroni nakupine su kvarkova, koje zajedno drže gluoni. Pri mnogo višim temperaturama, na granicama mogućnosti proučavanja pri najmoćnijim akceleratorima trenutno dostupnima, nuklearna tvar se, izgleda, topi: kao što atomi prelaze u električnu plazmu pri temperaturama višim od deset hiljada stepeni , tako protoni i neutroni prelaze u “kvark-gluon plazmu” pri temperaturama iznad otprilike milion milijardi stepeni .

Nigde u svemiru nije tako vruće u sadašnjem trenutku osim kratkotrajno pri sudarima čestica u akceleratorima visokih energija. Pre čak pedeset godina BeVatron je bio u mogućnosti proizvesti usdlove mnogo viših temperatura od onih na Suncu; danas smo u mogućnosti vršiti simulacije uslove koji su prevladali netom posle Velikog praska. Upravo ovde antimaterija se pokazala kao savršeno oruđe i to u obliku antiprotona i pozitrona. Kada se protoni sudare s metama od materije, kao što su npr. drugi protoni, većina njihove energije potrati se na raspršenje materijala, a samo je frakcija dostupna za proizvodnju novih čestica. Međutim ubrzavajući antičestice do brzine bliske brzini svetlosti, a zatim ih sudarajući s njihovim suparničkim česticama slične brzine, dolazi do potpunog poništenja: sva energija prethodno zatočena unutar njihovih individualnih E = mc2 biva oslobođena.

Eksperimenti pri LEP-U, potvrdili su da je Veliki prasak raspršio elektrone i pozitrone, kvarkove i antikvarkove te mnogo fotona i gluona. Tako je bilo u davnom svitanju kada je temperatura bila milijarde stepeni viša od one na Suncu danas. Kako je svemir rastao i hladio se, ovi su se osnovni delići zbili zajedno gradeći sve kompleksnije strukture. Trio kvarkova postao je zalepljen tvoreći tako trajne strukture koje zovemo protoni i neutroni, a kugle plazme koje su potonji formirali, zvezde, započele su s kuvanjem klica elemenata. Kako je temperatura padala dalje, do one vrednosti koju danas nazivamo sobna temperatura, ove su nuklearne klice bile u mogućnosti uhvatiti se za prolazeći elektron i formirati atome, hemiju, biologiju i život.

Dobro razumemo kako se materija kakvu znamo formirala i evoluirala tokom četrnaest milijardi godina od Velikog praska. Ironično je da smo veći deo ovoga naučili koristeći se antiprotonima i pozitronima kao oruđem pomoću kojega smo se vratili u vreme i videli kako je materija nastala. Da je u svemiru bilo antiprotona i pozitrona u obilju oni bi isto tako vrlo lako mogli gravitirati u antizvezde čije bi kosmičke kuhinje skuhale ove sastojke tako da formiraju anti-elemente. Poruka je ta da su se materija i antimaterija formirale u odgovarajućim parovima; ipak, samo je materija uspela preživeti. Negde u prvim trenutcima svemira, ranije od milijarditog dela sekunde koji je proučavan od strane eksperimenata pri LEP-U, verovatno se pojavila neravnoteža između materije i antimaterije.

NEUTRINI 

Neutrini se produkuju u različitim interakcijama, posebno pri raspadu čestica
Na primer:(1) U radioaktivnom jezgru, neutron u miru (nulti impuls) oslobađa proton i elektron.
                 (2) Zbog zakona očuvanja impulsa ukupan impuls čestica iz raspada je jednak nuli što nije slučaj kada posmatramo samo opservirani elektron i proton iz raspada neutrona.
                 (3) Zbog toga je potrebno pretpostaviti postojanje nove čestice sa odgovarajućim impulsom da bi ukupan impuls u događaju bio jednak nuli.
                (4) Pretpostavljena česticA je antineutrino što eksperimenti zaista i potvrđuju.




Neutrini

 ...asimetrija između materije i antimaterije prirodna je u svemiru s tri generacije. Kada je ovo promatrano za čudne, a zatim za osnovne čestice, bilo je senzacionalno, međutim što je više podataka bivalo prikupljeno postalo je jasno da ovi fenomeni koji uključuju kvarkove i antikvarkove ne mogu objasniti potpunu kvantitativnu dominaciju materije u današnjem svemiru. Nedavno su pažnju privukli leptoni: čestice slične elektronima i njihovoj neutralnoj braći, neutrinima. Što je dobro za tri generacije kvarkova također je dobro i za tri generacije leptona, ovde također može doći do asimetrije između materije i antimaterije, barem u teoriji. Trenutno je potraga za uzrokom odsutne antimaterije usmerena upravo u tom pravcu: pri tome su neutrini glavni osumnjičenici.

Neutrini su jedne od najraširenijih čestica u svemiru, a istovremeno su i jedne od najneuhvatljivijih. Najbliže su ničemu od svega što znamo. Nemaju električnog naboja, imaju vrlo malu masu, a u mogućnosti su prolaziti kroz Zemlju kao metak kroz oblak magle, poput duhova su jer pola veka nakon njihova otkrića još uvek znamo manje o njima nego o drugim česticama. Međutim poslednjih godina počela je rasti sumnja u to da bi neutrini mogli držati ključ tajne odsutne antimaterije u svemiru.

Jesu li neutrini materija ili antimaterija? Oni nemaju električnog naboja kao i fotoni ili Zo, ali za razliku od ovih bozona koji nisu ni materija ni antimaterija, neutrino je fermion što znači da poštuje Diracovu jednačinu i pridaje važnost materiji ili antimateriji. Šta stoga razlikuje neutralni neutrino od neutralnog antineutrina?

Za razliku od neutrona i antineutrona čiji unutrašnji sastav kvarkova ili antikvarkova čini razliku među njima neutrino nema unutrašnju strukturu: on je neuhvatljivi deo vrtećeg ništavila koje leprša svemirom gotovo brzinom svetlosti. Vrtnja je gotovo sve što čini, ali to je dovoljno za odluku o enigmi materije ili antimaterije. Poslednjih pedeset godina činilo se kako upravo ovo razlikuje neutrine, materiju, od njihovih suprotnosti, antineutrina. Međutim u poslednjih nekoliko godina razvila se bolna ideja koja kaže: dok fotoni (i drugi bozoni) nisu ni materija ni antimaterija, mogle bi postojati teške verzije neutrina koji su oboje! Ako su takvi bizarni entiteti bili formirani u kotlu Velikog praska, njihovo potomstvo bilo bi nejednako podeljeno među onim što danas nazivamo materijom i antimaterijom.

Koja je stoga priča neutrina?

Proizvode ih neki oblici radioaktivnosti. Kada proton u jezgri pređe u neutron, promena u energiji materijalizira se kao pozitron i neutrino. Električni naboj i mrežni broj fermiona (pri tome “mrežni” znači broj materije minus fermioni antimaterije) sačuvani su u procesu. Pozitron vodi računa o električnom naboju - počevši s jednim pozitivnim, nošenim od strane protona, i jednim na kraju; mrežni broj fermiona sačuvan je dok pozitron antimaterije biva balansiran s neutrinom materije u ovom računu. Obrnuto, kada neutron propada ostavljajući proton, pojavljuju se elektron i antineutrino.

Ako naknadno neutrino ili antineutrino naiđu na materiju, oni se odaju izazivajući reverzni proces. Neutrino menja neutron u proton kojeg prati elektron; antineutrino menja proton u neutron praćen pozitronom.

Neutrini mogu imati spin kao elektroni. Elektroni poseduju električni naboj, a njihov spin čini ih poput malih magneta; kako se kreću mogu imati bilo koju od dve orijentacije, severni ili južni pol koji pokazuje napred u smeru kretanja.

Ovo možemo zamisliti kao spiralni vadičep koji se može uvijati na jednu ili na drugu stranu: desno ili levo. Žargon fizike odnosi se prema spinu baš na taj način: tako kažemo da se elektron vrti levo ili desno; u smeru kazaljke na satu ili obrnuto od nje. Neutrini nemaju električni naboj stoga nemaju magnetizam, ali mogućnost levog ili desnog spina i dalje je primenjiva.

Prema najboljim eksperimentima u poslednjih pedeset godina, neutrino pokazuje spin samo u levom smeru dok antineutrino, upravo suprotno, pokazuje desnu orijentaciju. Može li ogledanje neutrina u ogledalu promeniti neutrino u antineutrino? Prvi korak pri rešavanju ove zagonetke započinje pitanjem sledećeg: kako bismo mogli znati je li reč o neutrinu ili antineutrinu osim po smjeru njihovog spina? Osim ako ne postoji neki drugi indikator za identifikaciju neutrina kao “čestice” i antineutrina kao “antičestice,” kao što je promatranje procesa koji ih je stvorio u asocijaciji s elektronom ili pozitronom, bilo bi nemoguće reći.

Sada vredi posvetiti trenutak kontemplaciji toga što mislimo pod pojmom“antičestice”. Imamo predodžbu normalne materije koja sadrži negativno nabijene elektrone i pozitivne protone. Pozitivna inačica elektrona naziva se pozitronom, a negativna verzija protona naziva se negacijom, one se pokazuju kao tek dve nove čestice; tek u trenutku kada ih nazovemo “anti-elektronom” i “antiprotonom” i usredotočimo se na njihovu sposobnost poništenja svojih opozicija, “antimaterija” počinje pobuđivati maštu. Kada su u pitanju neutrini susrećemo se s česticama koje nisu poznate u našem materijalnom svetu. Prolaze kao utvare retko se otkrivajući i zasigurno ne ostaju zarobljene unutar materije. Umesto da gledamo na neutrine i antineutrine kao na deliće materije i antimaterije te ih definišemo na temelju njihovog afiniteta prema elektronu ili pozitronu kao što je istorijski  gledano uobičajeno, možemo jednostavno reći da postoji samo neutrino: njegov levo orijentisani spin preferiše elektrone dok njegov desno orijentirani spin preferiše pozitrone.

Pola veka smatralo se kako neutrini nemaju masu te se kreću svemirom brzinom svetlosti. Međutim u poslednjih nekoliko godina otkrili smo kako ovo nije istina. Neutrini emitovani pri normalnoj radioaktivnosti ili pri fuzijskim procesima u srcu Sunca, imaju malenu masu. Ona je toliko mala da niko još nije izmerio kolika je ona tačno, ali ako bismo to hteli prikazati na nekoj subatomskoj lestvici, trebalo bi barem 10 000 neutrina za ravnotežu sa samo jednim elektronom.

Ova bezvredna količina nečega ima ogromne implikacije. Einsteinova teorija gravitacije implicira da fermion koji putuje brzinom svetlosti ostaje ili levo ili desno orijentisan; ne može se prebaciti iz jedne orijentacije u drugu. Čestice koje imaju masu, za koje danas znamo da uključuju neutrino, mogu imati spin leve ili desne orijentacije, a moguće je promeniti orijentaciju spina kroz interakciju s drugim česticama. Prema tome moguće je da neutrini imaju spin leve ili desne orijentacije. Isto vredi i za antineutrine.

Slede li ovi sablasni entiteti “pravilo leve ruke, pravilo desne ruke” i je li neutrino materija i antimaterija, u smislu da neutrino i njegova antičestica nisu zapravo različiti objekti, i dalje su otvorena pitanja. Ova mogućnost istaknuta je od strane italijanskog teoretičara Ettorea Majorane, i to nedugo nakon prve pojave Diracove jednačine  koja je invorvirala materiju i antimateriju. Mogućnost da priroda koristi “Majorana neutrina” jedna je od najuzbudljivijih tema u čestičnoj fizici danas. Jedan od razloga sadržan je u tome što bi ovo moglo igrati ključnu ulogu u objašnjenju porekla našeg svemira kojim dominira materija.

Kada neutrini ne bi imali masu i dalje bi bili zagonetni no uklapali bi se u opšti opis čestica i sila koji nazivamo standardnim modelom. U toku su brojni pokušaji razumevanja zašto neutrini imaju tako neznatnu masu, približnu nuli u usporedbi s elektronima i pozitronima, a i dalje ne sasvim ništavnu, koji su urodili nekim radikalnim idejama. Jedna obećavajuća struja teorije kaže kako uz poznate neutrine iznimno male mase postoje i vrlo masivni Majorana neutrini koji čekaju na otkriće. Ove su hipotetske zveri postale poznate pod imenom “majoroni.”

Ako je ovo istina, tada su majoroni, iako su izvan našeg dosega danas, bili stvoreni u vrućini Velikog praska uz sve ostalo. Ovo bi moglo imati zapanjujuće implikacije na prirodu sadašnjeg svemira.

Ako su majoroni izumrli onda moderni svemir još uvek sadrži njihove potomke. Prema teoriji, majoroni, koji su zapravo masivni neutralni fermioni, mogli bi zračiti energiju u obliku “Higgsovog bozona” te se pretvoriti u neutrino ili antineutrino. Ovo bi mogli učiniti za bilo koji od tri okusa neutrina, ili njihovog odgovarajućeg antineutrina, i nema razloga zašto bi se raspadali na neutrina i antineutrina ravnomerno. Ovo predlaže način na koji su majoroni pobedili apokalipsu velikog poništenja, ostavljajući nas s nečim, a ne ničim. Pogledajmo kako.


Apokalipsa - ne baš

Odmah nakon Velikog praska kada je svemir bio iznimno vruć, majoroni su bili u termalnoj ravnoteži - formirali su se u kotlu i propadali konstantno. Međutim svemir se vrlo brzo hladio, a kako je temperatura padala došlo je do trenutka u kojem nije bilo dostatne energije za proizvodnju novih majorona, dok oni koji su izumrli ne bi više bili zamenjeni. Majoroni su nestali i više se nikada nisu pojavili, samo je njihovo potomstvo preživelo. Upravo bi se u ovom trenutku pojavila neravnotežna populacija neutrina i antineutrina kao fosilni ostatak mrtvih majorona.

Ovo je kritičan prvi korak koji je dostatan za nastanak neutrina, ali kako ovo hrani materiju u velikim dimenzijama? Odgovor se javlja nešto kasnije u svemiru koji se hladio kada su kvarkovi i antikvarkovi te elektroni i pozitroni, bili formirani iz energije. Dodatni kvarkovi i antikvarkovi nastaju u ranije objašnjenim procesima gde se neutrini ili antineutrini sudaraju s elektronima i pozitronima. Vrlo će brzo postati previše hladno za daljnji nastanak i sve će biti spremno za Veliko poništenje. Zastanimo na trenutak i pogledajmo čemu su majoroni pridoneli. Njihova smrt za posledicu je imala rođenje neravnoteže između neutrina i antineutrina; bilo je to u metežu koji je usledio kada se mnoštvo čestica i antičestica sudaralo s asimetričnom mešavinom neutrina i antineutrina, pojavio se višak kvarkova u odnosu na antikvarkove.

Veliko poništenje sada uništava svu antimateriju u bljesku, zajedno s njoj pripadajućim delićima materije. Potomstvo majorona načinilo je razgranati svemir u kojem je samo šačica suvišnih kvarkova ostala za svakih deset milijardi kvarkova i antikvarkova koji su nestali. Preživeli su se hladili kako bi naposletku tvorili svemir kojim dominira materija u kojem su protoni stabilni (barem na vremenskoj ljestvici od četrnaest milijardi godina) te materija za kakvu znamo da postoji.

Ovo je trenutačno najbolja teorija koja pruža objašnjenje o tome kako je došlo do asimetrije između materije i antimaterije. Istraživači će tražiti dokaze za postojanje majorona putem novih eksperimenata u CERN-ovom velikom hadronskom sudaraču, a u toku su i potrage u kosmičkim zrakama. Međutim dok oni uspešno ne potvrde teoriju, ovo će ostati vrlo uzbudljiva ali nedokazana teorija. Ono što je jasno jest da je asimetrija između materije i antimaterije nastala kada je
svemir bio mlađi i temperature mnogo više čemu eksperimenti nemaju pristup. To znači da neće biti moguće konvertirati materiju u antimateriju u laboratoriju ponavljajući te uslove. Cilj korištenja antimaterije kao izvora energije zahteva prema tome neko drugo rešenje.

Prevod: Lovre Čulina


Gram antimaterije procenjen je na 100 milijardi dolara. Mislilo se da će antimaterija u budućnosti moći da napaja gorivom spejs šatlove na među galaktičkim putovanjima. Izgleda da neće.

                          

                                                                        ARHIVA
                                  * Prvi dokaz tamne materije  
                                  * Čudesna igra tamne materije - povodom novosti iz Cerna 
                                  * Na tragu neobičnih materija kosmosa- tamna materija  
                                  * Samorazarajuća tamna materija u srcu Mlečnog puta- otkriće
                                  * Antimaterija ostala ukroćena skoro 17 minuta