Particule pe punctul de a se ciocni (reprezentare grafică)

Aparent, una dintre problemele majore ale fizicii este reprezentată de dezechilibrul (asimetria) dintre materie și antimaterie din univers. Unii fizicieni cred că imediat după Big Bang ar fi trebuit să existe un număr egal de particule și antiparticule. Fiecare particulă ar fi avut o antiparticulă. Dacă ar fi stat astfel lucrurile, acestea ar fi trebuit să se anihileze și să lase în urmă doar energiefără materie. Totuși, trăim într-un univers compus din materie, iar antimateria a dispărut. Dar cât de mare este, în fapt, această problemă? Și ce șanse sunt pentru a o rezolva vreodată?


Cum a apărut ideea de antimaterie în fizică

Fizicianul Paul Dirac, unul dintre fondatorii teoriei cuantice, era deranjat de faptul că versiuni inițiale ale mecanicii cuantice erau incompatibile cu teoria specială a relativității a lui Einstein.



Ecuația lui Schrödinger


În ecuația de la momentul respectiv erau două derivate pentru spațiu și una pentru timp. Spațiul și timpul nu erau tratate la fel și ar fi trebuit, conform lui Einstein.

Dirac a găsit o cale să rezolve problema; este ceea ce se numește „ecuația lui Dirac”.



Ecuația lui Dirac


Această ecuație tratează timpul și spațiul la fel, așa că este (aproape) compatibilă cu teoria relativității speciale a lui Einstein.

Dar Dirac a observat că soluțiile ecuației sale vin mereu în perechi, aceste perechi reprezentând particule de aceeași masă, dar cu sarcină electrică opusă. Așadar, orice particulă are o particulă cu sarcină electrică de semn contrat, numită „antiparticulă”. În cazul fotonului, particulă fără sarcină electrică, particula și antiparticula sunt identice.

Ideea, desigur, inițial a părut extremă, greu de crezut. Și de ce ar „dicta” o ecuație ce să existe în natură?

Doar că la doar câțiva ani după apariția ideii a fost identificată și prima anti-particulă (pozitronul, antiparticula electronului, a fost descoperită în 1932 de Carl Anderson, care a primit și Premiul Nobel pentru asta).

Această predicție a ecuației lui Dirac este cu siguranță una dintre cele mai spectaculoase predicții din istoria științei. Dar ecuația nu spune câte antiparticule trebuie să existe în univers, ci doar că există.

Numărul de particule de la începuturile universului nu poate fi calculat cu vreo formulă. Toate teoriile curente se bazează pe ecuații diferențiale, iar acestea au nevoie de condiții inițiale pentru a funcționa.


Asimetria materie-antimaterie

Problema este, cum spuneam în paragraful inițial, că dacă la începutul universului ar fi fost aceeași cantitate de materie și antimaterie, cele două tipuri de materie s-ar fi anihilat. Dar asta nu s-a întâmplat, materia a „supraviețuit”, așa că întrebarea este de ce?

Păi poate răspunsul este, simplu: nu au fost aceleași cantități de materie și antimaterie la începutul universului. Răspunsul ar rezolva problema și ne-am putea vedea de treabă.

Dar fizicienii nu se lasă așa ușor. Observația că raportul dintre materie și antimaterie a fost de 1,0000000001 explică de ce universul arată așa cum arată azi. Dar unii fizicieni cred că raportul trebuie să fie fost 1:1. De ce cred asta cei care cred astfel? Nu știe nimeni, pentru că nu rezultă de nicăieri.


Asimetria materie-antimaterie este, așadar, o pseudo-problemă, care poate fi rezolvată prin utilizarea unor valori inițiale ale celor două care sunt acord cu observațiile făcute. Sigur, ar fi interesant să avem o explicație mai completă cu privire la aceste valori inițiale, dar aceasta nu este posibilă în cadrul teoretic de azi.


Stele din antimaterie?


În principiu, dat fiind că sunt vaste segmente din univers fără materie, ar putea exista obiecte cosmice formate din antimaterie. Nu există nicio lege a fizicii care să interzică așa ceva.

Astrofizicienii chiar sunt în căutarea unor stele care să fie formate din antimaterie și chiar au identificat câțiva candidați chiar în galaxia noastră, folosind Telescopul Fermi.

Într-adevăr, este dificil de crezut că stele din antimaterie ar fi putut „supraviețui” procesului de formare a galaxiei, dar poate există vreun mecanism pe care-l nu-l cunoaștem azi care să explice așa ceva...

 

Textul articolului are la bază textul din videoclip.
Credit imagine:
depositphotos.com

Write comments...
symbols left.
You are a guest ( Sign Up ? )
or post as a guest
Loading comment... The comment will be refreshed after 00:00.

Be the first to comment.