Concluzia surprinzătoare a fizicienilor de la CERN: „Universul nu ar fi trebuit să existe!”

Simetria dintre materie şi antimaterie este perfectă, condiţii în care, după Big Bang, particulele de materie şi cele de antimaterie ar fi trebuit să se anuleze reciproc, iar Universul nu ar fi trebuit să existe, conform concluziilor la care au ajuns fizicieni de la Organizaţia Europeană pentru Cercetări Nucleare (CERN), al cărei sediu se află în apropiere de Geneva, în Elveţia, informează cosmosmagazine.com, care preia un studiu publicat în ultimul număr al revistei Nature. 

Unul dintre marile mistere ale fizicii moderne este legat de faptul că interacţiunea dintre materie şi antimaterie, de după Big Bang, ar fi trebuit să ducă la distrugerea, din faşă, a Universului. Pentru a elucida acest mister, fizicienii au postulat că trebuie să existe şi o altă diferenţă între materie şi antimaterie, în afara sarcinii lor electrice. Însă, oricare ar fi această diferenţă, se pare că ea nu ţine nici de magnetismul particulelor de materie şi de antimaterie, conform noului studiu realizat la CERN. 

Cercetători de la CERN au reuşit cele mai exacte măsurători de până acum ale momentului magnetic al unui antiproton - un număr care măsoară modul în care o particulă reacţionează la forţa magnetică - şi au ajuns la concluzia că este exact acelaşi ca şi în cazul protonului, dar de sens opus. 

"Toate observaţiile noastre au descoperit o simetrie perfectă între materie şi antimaterie, motiv din care Universul nu ar fi trebuit să existe", explică Christian Smorra, fizician în cadrul experimentului BASE (Baryon-Antibaryon Symmetry Experiment) de la CERN. "Aici, pe undeva, ar trebui să existe o asimetrie, dar noi pur şi simplu nu am putut-o descoperi", a adăugat el. 

Instabilitatea antimateriei este de notorietate - orice contact cu materia ordinară şi cele două se anihilează reciproc într-o explozie de energie pură, care este cea mai eficientă reacţie cunoscută din fizică. Nu întâmplător, reacţia dintre materie şi antimaterie a fost aleasă pentru a alimenta motoarele celebrei nave stelare Enterprise din seria "Star Trek".

Modelul Standard din fizică susţine că în urma exploziei primordiale, Big Bang, au rezultat cantităţi egale de materie şi antimaterie - însă acest amestec exploziv ar fi dus la anihilarea materiei (odată cu antimateria) şi nu ar mai fi rămas nimic din care să se formeze primele galaxii şi să se aprindă primele stele. 

Pentru a explica cum se face că Universul totuşi există, fizicienii au încercat să identifice măcar o singură discrepanţă în simetria aparent perfectă dintre materie şi antimaterie, care să explice de ce materia a devenit dominantă în cosmos. Ei au măsurat extrem de precis tot felul de proprietăţi ale materiei şi antimateriei: masa, sarcina electrică ş.a.m.d., dar cel puţin deocamdată, nu au reuşit să identifice nicio diferenţă în afara sarcinii electrice. Anul trecut, cercetători de la CERN din cadrul experimentului ALPHA (Antihydrogen Laser PHysics Apparatus) au expus, în premieră, un atom de antihidrogen la lumină dar, din nou, nu au reuşit să identifice nicio diferenţă faţă de modul în care un atom de hidrogen interacţionează cu lumina. 

Momentul magnetic al antiprotonilor, prin comparaţie cu cel al protonilor, nu a fost însă studiat până acum cu mare precizie. În urmă cu zece ani, Stefan Ulmer şi echipa BASE, pe care o coordonează în cadrul CERN, şi-au fixat obiectivul de a măsura momentul magnetic al antiprotonilor. În primă instanţă ei au trebuit să dezvolte o modalitate de a măsura direct momentul magnetic al unui proton obişnuit. Ei au reuşit acest lucru blocând protoni individuali într-un câmp magnetic şi apoi inducându-i salturi cuantice în spin prin intermediul unui alt câmp magnetic. Această reuşită a fost anunţată în 2014. 

Apoi, cercetătorii au trebuit să realizeze acelaşi experiment pe antiprotoni - sarcină cu atât mai dificilă cu cât antiprotonii sunt anihilaţi imediat la contactul cu materia. Pentru a reuşi, cercetătorii au folosit cea mai rece şi mai veche antimaterie creată până în prezent. După obţinerea antiprotonilor în 2015, echipa a reuşit să-i păstreze pentru mai mult de un an în interiorul unei camere speciale de dimensiunile şi forma unui tub de Pringles. Cum însă niciun container de materie nu poate conţine antimaterie, fizicienii au apelat la câmpuri magnetice şi electrice pentru a păstra antimateria în nişte dispozitive denumite "capcane" Penning. 

De obicei, durata în care poate fi păstrată antimateria depinde de micile imperfecţiuni ale capcanelor Penning - mici fluctuaţii în câmpul magnetic sau electric permit "evadarea" antimateriei ce este imediat distrusă de contactul cu materia. Însă, folosind o combinaţie de două astfel de capcane, echipa BASE a reuşit să construiască cea mai performantă cameră pentru antimaterie de până acum, reuşind să păstreze antiprotonii timp de 405 zile. Acest dispozitiv performant de stocare le-a permis cercetătorilor să desfăşoare măsurătorile asupra momentului magnetic al antiprotonilor. Valoarea momentului magnetic al antiprotonilor rezultată este de -2.7928473441 ľN. În afara semnului (-), această valoare este identică cu cea măsurată pentru protoni. 

Noua măsurătoare are o precizie de 9 zecimale - fiind echivalentul măsurării circumferinţei Pământului cu o marjă de eroare de doar câţiva centimetri - şi este de 350 de ori mai exactă decât orice altă măsurătoare anterioară. 

"Acest rezultat reprezintă culminarea multor ani de studii continue, dar şi realizarea cu succes a uneia dintre cele mai dificile măsurători ce a fost făcută vreodată într-un instrument de tip capcană Penning", conform lui Ulmer. 

Deocamdată acest joc de căutare a diferenţelor dintre materie şi antimaterie continuă. Următorul experiment pentru identificarea diferenţelor, ce va fi desfăşurat tot la CERN, va evalua efectele gravitaţiei asupra antimateriei, pentru a afla dacă nu cumva antimateria cade în sus.