Unijni badacze poszukują odpowiedzi na zagadkowe pytania dotyczące Wszechświata
Oddziaływanie pomiędzy materią i antymaterią nie tylko napędza statek kosmiczny Enterprise w serialu „Star Trek”, lesz stanowi również źródło wielu pytań na temat Wszechświata, którymi postanowili się zająć naukowcy skupieni wokół unijnego projektu ANGRAM. W tym celu postanowili zbadać nową metodę wykrywania antymaterii, a także poszerzyć naszą wiedzę na temat tego, w jaki sposób antymateria zachowuje się w polu grawitacyjnym. Badaczka Angela Gligorova, która otrzymała wsparcie w ramach działania „Maria Skłodowska-Curie”, zajęła się symulacją i wykrywaniem antyprotonów, aby badać w ten sposób ich oddziaływanie ze zwykłą materią. Gligorova analizuje i porównuje symulacje z nadzieją, że w ciągu najbliższych kilku miesięcy uda jej się opublikować wyniki prowadzonych przez siebie badań. „Nasze badanie opierało się na anihilacji antyprotonów w różnych materiałach w celu weryfikacji istniejących modeli fizycznych i zidentyfikowania ich słabych punktów, a także możliwości ich ulepszenia”, twierdzi Gligorova. Wstępne wyniki projektu ANGRAM pokazują, że żaden z obecnych modeli fizycznych nie opisuje dokładnie oddziaływania pomiędzy materią i antymaterią. „Przeprowadzone badania rzuciły nowe światło na różne aspekty tych oddziaływań i uświadomiły nam, że konieczne jest przeprowadzenie dodatkowych badań tego zagadnienia”, dodaje Gligorova. Badaczka pracująca pod kierunkiem Eberharda Widmanna, dyrektora Instytutu Fizyki Subatomowej imienia Stefana Meyera Austriackiej Akademii Nauk, miała możliwość skorzystania z deceleratora antyprotonów w CERN – Europejskiej Organizacji Badań Jądrowych. Urządzenie to produkuje antyprotony niezbędne do wytworzenia antywodoru. Badaczce nie udało się jednak osiągnąć ostatecznego celu, jakim było przeprowadzenie 30-procentowego pomiaru przyspieszenia grawitacyjnego antywodoru, ze względu na to, że wiązka antyprotonów w CERN cieszy się dużym zainteresowaniem, a naukowcy mogą korzystać z niej tylko przez ograniczony czas. Prace nad nową metodą wytwarzania antywodoru również potrwały dłużej, niż przewidziała badaczka. Jak wyjaśnia Gligorova: „Ostatecznie zabrakło po prostu czasu na zmierzenie przyspieszenia grawitacyjnego. Rezultaty takich eksperymentów są niezwykle ważne, ponieważ dzięki nim możemy zrozumieć przyczyny pewnych zjawisk, na przykład wyjaśnić, czemu we Wszechświecie jest dużo więcej materii niż antymaterii, pomimo że w czasie Wielkiego Wybuchu musiały one powstać w równych ilościach”.
Piękno niepowodzeń
W ramach projektu zostały przeprowadzone testy deflektometru moiré w celu symulacji spadania antywodoru w ziemskim polu grawitacyjnym. Urządzenie wykorzystuje dwie lub trzy równoległe siatki połączone z wykrywaczem. Gligorova odkryła, że oddziaływania pomiędzy atomami antywodoru przechodzącymi w pobliżu siatek i atomami z siatek powodowały wystąpienie zwodniczego efektu, który utrudniał pomiar sił grawitacyjnych. Badaczka doszła do wniosku, że przeprowadzenie takich badań będzie wymagało bardziej zaawansowanego deflektometru, wykorzystującego światło zamiast materii, jednak użycie tego rodzaju urządzenia przekraczałoby możliwości projektu. „W badaniach naukowych nie zawsze wszystko idzie zgodnie z planem – właśnie to jest w nich najpiękniejsze. Co najważniejsze, nawet niepowodzenia prowadzą do postępów”, podsumowała optymistycznie Gligorova. Prace Gligorovej, prowadzone w tak wymagającej dziedzinie nauki, stały się już inspiracją dla młodych badaczek, po tym jak kilka miesięcy temu uczona opublikowała film z okazji Międzynarodowego Dnia Kobiet. Sposób połączenia dwóch technologii wykrywania anihilacji antyprotonów na potrzeby projektu ANGRAM może zostać wykorzystany w przyszłych eksperymentach dotyczących antymaterii. „Nasze badanie było pierwszą w historii bezpośrednią próbą porównania danych doświadczalnych z obecnymi modelami fizycznymi dotyczącymi anihilacji antyprotonów na powierzchni jąder w spoczynku, dzięki któremu byliśmy w stanie sprawdzić, na ile dokładne były przewidywania dla regionu o niskim poziomie energii”, mówi Gligorova.
Słowa kluczowe
ANGRAM, antymateria, antywodór, antyprotony, deflektometr, Star Trek