Η αντιύλη αποτελεί ένα αίνιγμα για την επιστήμη της φυσικής για δεκαετίες – στην πραγματικότητα, από καταβολής κόσμου κατά κυριολεξία, όπως θα δούμε στη συνέχεια.
Σε ένα πρώτο επίπεδο, δεν είναι κάτι παραπάνω από αυτό που ορίζει η λέξη: το αντίθετο της ύλης, του συνόλου, δηλαδή, των ατόμων, σωματιδίων από τα οποία φτιάχνονται τα πάντα στο σύμπαν.
Πιο συγκεκριμένα, όπως διεπίστωσε ο Paul Dirac, Νομπελίστας για το 1933, για κάθε σωματίδιο υπάρχει το αντίστοιχο αντισωματίδιο, πανομοιότυπό του, αλλά με αντίθετο φορτίο.
Για παράδειγμα, για κάθε ηλεκτρόνιο, θα πρέπει να υπάρχει και ένα αντιηλεκτρόνιο, το οποίο μετέπειτα ονομάστηκε ποζιτρόνιο. Αυτή η ανακάλυψη σήμαινε την πιθανότητα να υπάρχουν γαλαξίες ολόκληροι φτιαγμένοι από αντιύλη.
Το πρόβλημα, όμως, είναι το εξής:
Το Big Bang, το φαινόμενο το οποίο είναι υπεύθυνο για την επέκταση του σύμπαντος μέσα από μια έκρηξη, παρήγαγε ισόποση ύλη και αντιύλη.
Αυτές οι δύο μεταξύ τους έχουν την ιδιότητα να αλληλοεξουδετερώνονται. Επομένως, όταν συνέβαινε το Big Bang, οι δύο τους θα έπρεπε να έχουν συνδυαστεί, και άρα να εξουδετερώσουν η μία την άλλη, αφήνοντας πίσω τους μόνο φως.
Κι όμως· ενώ η ύλη υπάρχει παντού, η αντιύλη είναι πολύ δύσκολο να βρεθεί στο σύμπαν, γεγονός που σημαίνει ότι, με κάποιον τρόπο, η ύλη επικράτησε στις πρώτες εκείνες στιγμές της δημιουργίας του κόσμου, και επιπλέον, ότι είναι πιθανόν να βρίσκεται κάπου αλλού.
Επομένως, η μελέτη της συμπεριφοράς του φαινομένου μπορεί να αποτελέσει ένα κλειδί για την περαιτέρω κατανόηση του σύμπαντος, και να απαντήσει σε ερωτήματα για το Big Bang, αλλά και το πώς προέκυψε!
CERN & Αντιύλη
Η έρευνα για το φαινόμενο είναι ένα από τα μεγαλύτερα έργα που πραγματοποιούνται στο CERN, το ευρωπαϊκό εργαστήριο έρευνας για τη σωματιδιακή φυσική.
Με λίγα λόγια, το CERN είναι ένας χώρος εγκαταστάσεων ο οποίος προσφέρει τις απαραίτητες εγκαταστάσεις (κυρίως επιταχυντές) για τη διενέργεια πειραμάτων που στόχο έχουν την κατανόηση του σύμπαντος, απαντώντας στην ερώτηση «Από ποιά σωματίδια αποτελείται το σύμπαν και πώς αλληλεπιδρούν μεταξύ τους;».
Για να διερευνηθούν οι ιδιότητές της αντιύλης, οι πειραματικοί φυσικοί συναντούσαν επί πολλά έτη ένα μεγάλο εμπόδιο, την ελάχιστη διαθεσιμότητά της και την εξαιρετικά βραχύχρονη επιβίωσή της, εξαιτίας της εξουδετέρωσής της από την επαφή της με την ύλη.
Ως εκ τούτου, η αντιύλη θα πρέπει να δημιουργηθεί σε συνθήκες εργαστηρίου, και το μοναδικό μέρος στον κόσμο έως και σήμερα, στο οποίο θα μπορούσε να πραγματοποιηθεί αυτό, είναι το CERN.
Αυτό, λοιπόν, και έγινε.
Ο Καθηγητής Jeffrey Hangst, ο οποίος έχει αφιερώσει τα τελευταία 30 χρόνια της ζωής του στην έρευνα της αντιύλης, κατάφερε με την ομάδα του να συστηματοποιήσει την κατασκευή ατόμων αντι-υδρογόνου σε μορφή αερίου.
Αυτή δεν είναι μία καινούρια ανακάλυψη. Το γεγονός όμως, και μόνο, ότι η ανθρωπότητα διαθέτει ποσότητες σε αντιύλη οι οποίες έχουν αρκετή διάρκεια έτσι ώστε να χρησιμοποιηθούν σε πειραματικές συνθήκες, επέτρεψε τον σχεδιασμό του πειράματος του Hangst.
Το πείραμα της βαρύτητας
Για να μπορέσει να διερευνηθεί το πού διαφέρει η αντιύλη από την ύλη, προκειμένου να προοδεύσουν τα ευρήματα σχετικά με την κοσμολογία, οι φυσικοί ξεκίνησαν ελέγχοντας θεμελιώδη αξιώματα της φυσικής, όπως για παράδειγμα η θεωρία της γενικής σχετικότητας του Albert Einstein.
Σύμφωνα με αυτή, κάθε αντικείμενο ίσης μάζας έχει και ίδιο βάρος. Επομένως, εμφανίζει και την ίδια επιτάχυνση σε συνθήκες βαρύτητας. Ως εκ τούτου, ύλη και αντιύλη θα πρέπει να συμπεριφέρονται βαρυτικά με τον ίδιο τρόπο: πέφτοντας προς τα κάτω.
Αν, όμως, η αντιύλη συμπεριφέρονταν αντίθετα από την ύλη, αυτό θα σήμαινε ότι, όταν εκτίθεται στη δύναμη της βαρύτητας, θα έπρεπε κινείται προς τα πάνω αντί να πέφτει προς τα κάτω.
Αυτό μάλιστα, θα πυροδοτούσε και την αναζήτηση εξηγήσεων για το πού μπορεί να πήγε η αντιύλη που δημιουργήθηκε στο Big Bang: σε ένα αντι-σύμπαν που κατοικείται από αντι-σωματίδια.
Έως ότου ένα φαινόμενο παρατηρηθεί και ελεγχθεί πειραματικά, είναι αδύνατον να διαθέτουμε μία τεκμηρι ωμένη απάντηση για το πώς συμπεριφέρεται. Ακριβώς αυτό, λοιπόν, συνέβη και στο πείραμα του Hangst, τα αποτελέσματα του οποίου δημοσιεύθηκαν στις 27 Σεπτεμβρίου 2023, στο επιστημονικό περιοδικό Nature.
Άτομα αντιυδρογόνου συγκεντρώθηκαν, απομονώθηκαν και αφέθηκαν να πέσουν, για να διαπιστωθεί η κίνησή τους. Τα σωματίδια αυτά είναι ιδανικά για χρήση σε τέτοιου είδους πειράματα, καθώς δεν διαθέτουν ηλεκτρικό φορτίο.
Αυτό που επιβεβαιώθηκε ήταν ότι η αντιύλη κινείται με τον ίδιο τρόπο με την ύλη όταν βρίσκεται σε συνθήκες βαρύτητας. Από μία πλευρά, αυτό μπορεί να είναι απογοητευτικό, καθώς δεν επιτεύχθηκε κάποια πρόοδος στην κατανόηση του γιατί η αντιύλη σπανίζει στο σύμπαν.
Από μια άλλη πλευρά, όμως, είναι σπουδαίας σημασίας, διότι ανοίγει τις πύλες στην κατανόηση ενός κομβικού μυστηρίου της φυσικής. Μπορεί να μην απαντά σε ερωτήματα για τη γέννηση του σύμπαντος, παρόλα αυτά, μας φέρνει πιο κοντά στην αποκρυπτογράφηση της αντιύλης.
Στα επόμενα βήματα, η ερευνητική ομάδα φιλοδοξεί να ασχοληθεί με την επιτάχυνση της βαρύτητας που εμφανίζει το φαινόμενο.
Το γεγονός ότι η σωματιδιακή φυσική εμφανίζει μια σταθερή πρόοδο προξενεί μεγάλο ενθουσιασμό και περιέργεια.
Φαινόμενα τα οποία εμπειρικά και διαισθητικά εκδηλώνονται στα μήκη και τα πλάτη του βίου του ανθρωπίνου είδους ποσοτικοποιούνται και ορίζονται με τρόπο τέτοιο που η ανθρωπότητα πλησιάζει όλο και εγγύτερα σε απαντήσεις για τα συστατικά στοιχεία της ίδιας της δημιουργίας της. Κι αυτό είναι μαγικό.
