U globalnim se medijima pojavila vijest kako se na CERN-u, znamenitom središtu za nuklearna istraživanja, provodi eksperiment kojim će biti moguće prenijeti antimateriju. To je do sada bio nemoguć zadatak, ravan filmu, pa se tako i pojavila usporedba s poznatim filmom "Anđeli i demoni", nastalim po istoimenom romanu Dana Browna, autora "Da Vincijeva koda". U tim se tekstovima, poput onog u Guardianu, ispravno ističe kako je prijevoz antimaterije nevjerojatno opasan pothvat jer se tvari, izrada čijega jednog grama stoji i nekoliko bilijuna dolara, u prvom kontaktu s bilo čim drugim izaziva uništenje, pri čemu se otpušta velika količina elektromagnetske radijacije.
To je sve nepobitno točno, no da se na CERN-u bave prijevozom antimaterije, ipak nije. Eksperiment BASE bavi se mogućnosti prijevoza tek antiprotona, ipak ne i same antimaterije. Kako nam objašnjava prof. Nikola Godinović s Fakulteta elektrotehnike, strojarstva i brodogradnje u Splitu, eksperiment BASE (Baryon Antibaryon Symmetry Experiment) na CERN-u je postigao znatan napredak demonstrirajući mogućnost transporta antimaterije u posebno izgrađenom uređaju ukrcanom na kamion.
– Tim je uspješno transportirao uređaj s protonima preko glavnog CERN-ova kampusa, demonstrirajući mogućnost budućeg transporta antiprotona. Prema rezultatima BASE eksperimenta, transportirano je 70 protona te je demonstriran i provjeren iznimno složeni kontejner. Kontejner sadrži visoki vakuum i snažno magnetsko polje koje stvara supravodljivi magnet, koji se mora održavati na vrlo niskim temperaturama. Taj kontejner postavljen je na kamion koji je prešao rutu od približno nekoliko kilometara CERN-om – kaže prof. Godinović.
Objasnit će nam da su znanstvenici u ovom eksperimentu prenijeli 70 protona u prilično složenom kontejneru koji je pod visokim vakuumom i snažnim magnetskim poljem koje stvara supravodljivi magnet ohlađen na jako nisku temperaturu, koji je bio postavljen na kamion i napravio krug po CERN-u od oko 10 km. Time je dokazano da se na sličan način mogu transportirati i antiprotoni.
– Ovaj uspjeh pokazuje sljedeće – ako se protoni mogu tako transportirati, isto vrijedi i za antiprotone. To je iznimno praktično, jer antiprotoni zahtijevaju posebne akceleratore i uređaje za proizvodnju, a brojni eksperimenti žele koristiti antiprotone, ali nemaju vlastiti generator. Stoga je ovo važan inženjerski iskorak: ovaj složeni spremnik inženjerski je pothvat koji se može smjestiti na kamion, otići do "tvornice antiprotona", napuniti ga antiprotonima i dostaviti u laboratorije za daljnja istraživanja i eksperimente – objasnio nam je prof. Godinović.
Kazao je kako je držanje na okupu čestica istog naboja poput antiprotona pothvat. Ako bi se takva nakupina raspala, čestice bi se uništile u dodiru s normalnom tvari u stijenkama kontejnera gdje su se nalazile. Zato je potreban visoki vakuum i magnetsko polje koji ih drže zajedno.
– Do sada je u laboratorijskim uvjetima proizvedeno vrlo malo antimaterije. Prema dostupnim podacima, najveća je količina proizvedene antimaterije oko 10 nanograma. Ta je količina rezultat višegodišnjeg rada u institucijama poput CERN-a i Fermilaba. Materija i antimaterije anihiliraju se i pritom se oslobađa energija prema najpoznatijoj relaciji iz fizike E=mc2. Jednostavni račun daje proces u koji pretvara svu materiju u energiju oslobađa 9 x 1014 J energije, odnosno 90 PJ, dok se u eksploziji 1 kg dinamita oslobađa energija od 4.2 MJ, što je 11 milijardi puta manje. Proizvodnja antimaterije jako je skupa, procjena je da je cijena 1 g antimaterije oko 60 tisuća milijardi eura – antimaterija je najskuplja tvar na zemlji, skuplja čak i od Dubai fritula! – šaljivo zaključuje prof. Godinović.
Na CERN-u se nadaju da je ovaj eksperiment korak prema nekom budućem prijevozu antimaterije. – Ako se to može učiniti s protonima, uspjet će i s antiprotonima. Jedina je razlika u tome što vam treba puno bolja vakuumska komora za antiprotone – rekao je Christian Smorra, voditelj ovog eksperimenta.
Uređaj koji su izradili uključuje, dakle, supravodljivi magnet, kriogeno hlađenje, rezerve snage i vakuumsku komoru koja hvata čestice pomoću magnetskih i električnih polja, težak je 1000 kilograma, a potrebne su dvije dizalice da se podignu iz eksperimentalne dvorane na kamion. Sustav je otporan na vibracije, a tekući helij održava supravodljivi magnet zamke na temperaturi ispod 8,2 Kelvina, njegovoj najvećoj radnoj temperaturi. Ako vožnja bude preduga, magnetsko polje će se izgubiti, a zarobljene čestice će se osloboditi i nestati čim dotaknu običnu materiju. Iako teži tonu, BASE je mnogo kompaktniji od bilo kojeg postojećeg sustava koji se koristi za proučavanje antimaterije. Ovo je prvi put da su labave čestice transportirane u zamci – kontejneru za višekratnu upotrebu koju znanstvenici zatim mogu otvoriti na novoj lokaciji te prebaciti sadržaj u drugi eksperiment.
Prof. Godinović ponudit će i malo povijesti istraživanja antimaterije. Britanski fizičar Paul Dirac 1928. godine napisao je jednadžbu za elektron koji se giba jako te je zato morao kombinirati kvantnu mehaniku i Einsteinovu specijalnu teoriju relativnosti – danas poznatu kao Diracova jednadžba. Rješenja Diracove jednadžbe predviđala su postojane čestice iste mase kao i elektron, ali pozitivnog naboja. Ova teorijska čestica kasnije je nazvana pozitron (antielektron), koja se danas koristi u medicinskoj dijagnostici (PET skener). Zanimljivo je da je čisto teorijsko razmatranje pokazalo da uz čestice postoje i antičestice. Američki fizičar Carl D. Anderson otkrio je pozitron dok je proučavao kozmičke zrake u maglenoj komori. Pozitron je bila prva otkrivena čestica antimaterije, a Anderson je za ovo otkriće dobio Nobelovu nagradu za fiziku 1936. godine. Danas svaka elementarna čestica ima i svoju antičesticu. Kasnije su otkrivene i čestice materije koje nisu elementarne poput protona i neutrona (oni su izgrađeni od kvarkova i antikvarkova). Antiproton (antimaterijski pandan protonu) otkrili su Emilio Segrè i Owen Chamberlain 1955. godine u Berkeleyjevu laboratoriju koristeći snažni akcelerator čestica.
– Za ovo otkriće dobili su Nobelovu nagradu za fiziku 1959. godine. Antineutron otkrio je Bruce Cork 1956. godine, potvrđujući postojanje antimaterijskog pandana neutronu. S razvojem akceleratora čestica u laboratorijima poput CERN-a, znanstvenici su počeli proizvoditi i proučavati antimateriju. Sredinom 1990-ih u CERN-u su proizvedeni antivodikovi atomi, odnosno antiproton oko kojeg kuži antielektron – pozitron, što je omogućilo dublje razumijevanje svojstava antimaterije – kaže prof. Godinović.
Svoje objašnjenje završava porukom kako proučavanje antimaterije pomaže u razumijevanju osnovnih zakona prirode, nastanka svemira i asimetrije između materije i antimaterije. Otkrića u ovom području imaju potencijal za revolucionarne primjene, poput novih izvora energije i medicinskih tehnologija.
FOTO Svi pričaju o Grenlandu, a evo kako on zapravo izgleda: Riječ je o jednoj od najposebnijih destinacija na planetu