Научници уживају у истраживању мистерија и што је већа мистерија, то је већи ентузијазам. Постоји много огромних неодговорених питања у науци, али када идете велики, тешко је победити "Зашто постоји нешто, уместо ничега?"
То би могло изгледати као филозофско питање, али оно је јако подложно научном истраживању. Нешто конкретније речено: "Зашто је свемир направљен од врста материје која омогућава људски живот тако да ми можемо чак и да поставимо ово питање?" Научници који су у Јапану спровели истраживање најавили су прошлог месеца мерење које се директно односи на најфасцинантнија испитивања. Изгледа да се њихово мерење не слаже са најједноставнијим очекивањима тренутне теорије и могло би да укаже на одговор на ово безвремено питање.
Изгледа да њихово мерење говори о томе да за одређени скуп субатомских честица материја и антиматерија дјелују различито.
Маттер против Антиматерије
Помоћу акцелератора Ј-ПАРЦ, смештеног у Токаију, у Јапану, научници су испалили громозанске субатомске честице зване неутрино и њихове антиматеријске палете (антинеутриносе) кроз Земљу до експеримента Супер Камиоканде, смештеног у Камиоки, такође у Јапану. Овај експеримент, назван Т2К (Токаи до Камиоканде), осмишљен је да утврди зашто је наш универзум сачињен од материје. Обично понашање које показују неутрини, названо неутрино осцилација, могло би осветлити овај врло мучан проблем.
Питање зашто је свемир сачињен од материје можда звучи као необично питање, али постоји врло добар разлог што су научници изненађени овим. То је зато што, поред сазнања о постојању материје, научници знају и за антиматерију.
Британски физичар Паул Дирац је 1928. године предложио постојање антиматерије - антагонистичког брата материје. Комбинујте једнаке количине материје и антиматерије и две уништите једни друге, што резултира ослобађањем огромне количине енергије. А, пошто принципи физике обично раде подједнако добро и обрнуто, ако имате огромну количину енергије, она се може претворити у потпуно једнаке количине материје и антиматерије. Антиматерију је 1932. године открио Американац Царл Андерсон, а истраживачи су имали готово век да проуче њена својства.
Међутим, фраза "у потпуно једнаким количинама" је срж загонетке. У кратким тренуцима одмах након Великог праска, свемир је био пун енергије. Како се ширила и хладила, та енергија је требало да се претвори у једнаке делове материје и антиматеријске субатомске честице, што би данас требало да се примети. Па ипак, наш универзум се у потпуности састоји од материје. Како је то могуће, како то може бити?
Бројећи број атома у свемиру и упоређујући то са количином енергије коју видимо, научници су утврдили да „потпуно једнако“ није сасвим тачно. Некако, када је свемир стајао отприлике десетину трилијуне секунде, закони природе су се помало кретали у правцу материје. На сваке 3 000 000 000 честица антиматерије било је 3 000 000,001 честица материје. 3 милијарде честица материје и 3 милијарде честица антиматерије се комбинују - и уништавају натраг у енергију, остављајући мали вишак материје да би сачинио свемир који данас видимо.
Откако је ова загонетка схваћена пре готово једног века, истраживачи су проучавали материју и антиматерију да би видели да ли могу да пронађу понашање у субатомским честицама које би објасниле вишак материје. Они су сигурни да су материја и антиматерија направљени у једнаким количинама, али су такође приметили да класа субатомских честица званих кваркови показују понашања која благо фаворизирају материју у односу на антиматерију. То посебно мерење је било суптилно и укључивало је класу честица званих К месони који се из материје могу претворити у антиматерију и назад. Али постоји мала разлика у претварању материје у антиматерију у односу на обрнуто. Овај феномен је био неочекиван и његово откриће је довело до Нобелове награде за 1980. годину, али величина ефекта није била довољна да објасни зашто материја доминира у нашем универзуму.
Гхостли греде
На тај начин су научници скренули пажњу на неутрине, како би видели да ли њихово понашање може објаснити вишак материје. Неутринови су духови субатомског света. Узајамно делујући преко слабе нуклеарне силе, они могу проћи кроз материју, а да уопште не комуницирају. Да би стекли осећај размера, неутрини се најчешће стварају у нуклеарним реакцијама, а највећи нуклеарни реактор около је Сунце. Да бисте заштитили себе од половине соларних неутрина, била би потребна маса чврстог олова дубине око 5 светлосних година. Неутрини заиста не делују баш много.
Између 1998. и 2001. године, низ експеримената - један користећи детектор Супер Камиоканде, а други који користи СНО детектор у Судбурију, Онтарио - коначно је доказао да неутрини такође показују друго изненађујуће понашање. Они мењају свој идентитет.
Физичари познају три различите врсте неутрина, од којих је сваки повезан јединственим субатомским братом, званим електрони, муони и тауси. Електрони су оно што узрокује електрицитет, а честице муона и тау-а врло су сличне електронима, али теже и нестабилне.
Три врсте неутрина, назване електронски неутрино, муонски неутрино и тау неутрино, могу „преобразити“ у друге врсте неутрина и поново назад. Ово понашање се назива неутрино осцилација.
Неутрино осцилација је јединствено квантни феномен, али је отприлике аналогно ономе што започнете са чинијом сладоледа од ванилије и након што одете и нађете кашику, вратите се поново и открили да је посуда половина ванилије и пола чоколаде. Неутринови мењају свој идентитет из потпуно једне врсте, у мешавину типова, у потпуно другачији тип, а затим се враћају у првобитни тип.
Антинеутрино осцилације
Неутрини су честице материје, али постоје и антиматрични неутрини, звани антинеутриноси. А то доводи до врло важног питања. Неутрини осцилирају, али да ли и антинеутринови осцилирају и да ли осцилирају на потпуно исти начин као и неутрини? Одговор на прво питање је да, док на друго питање није познат.
Размотримо ово мало детаљније, али на поједностављен начин: Претпоставимо да су постојала само два неутрино типа - муон и електрон. Претпоставимо даље да сте имали сноп неутринова чисто муонског типа. Неутринови осцилирају одређеном брзином, а пошто се крећу у близини светлосне брзине, они осцилирају у зависности од удаљености од места на ком су створени. Тако ће сноп чистих муонских неутрина изгледати као мешавина типова муона и електрона на некој удаљености, затим чисто електронских типова на другој удаљености, а затим назад до само муонских. Антиматрични неутрини раде исто.
Међутим, ако материја и антиматеријски неутринови осцилирају мало различитим брзинама, очекивали бисте да ако бисте били на одређеној удаљености од места на коме је створен сноп чистих муонских неутрина или муонских антинеутрина, онда бисте у случају неутрина видели једну мјешавину муонских и електронских неутрина, али у случају антитатрије неутрина, видјели бисте различиту мјешавину антиматеријских муона и електронских неутрина. Стварна ситуација је компликована чињеницом да постоје три врсте неутрина и осцилација зависи од енергије снопа, али то су велике идеје.
Посматрање различитих фреквенција осцилације од стране неутрина и антинеутрина био би важан корак ка разумевању чињенице да је универзум сачињен од материје. То није цела прича, јер се морају придржавати и нових нових појава, али разлика између материје и неутрина антиматерије је неопходна да би се објаснило зашто у свемиру постоји више материје.
У тренутној преовлађујућој теорији која описује интеракције неутрина постоји варијабла која је осетљива на могућност да неутрини и антинеутриноси различито осцилирају. Ако је та варијабла једнака нули, две врсте честица осцилирају идентичним брзинама; ако се та варијабла разликује од нуле, двије врсте честица различито осцилирају.
Кад је Т2К измерио ову променљиву, установили су да није у складу са хипотезом да неутрини и антинеутринови осцилирају идентично. Мало технички су одредили распон могућих вриједности за ову варијаблу. Постоји 95 посто шансе да је истинска вриједност за ову варијаблу унутар тог распона и само 5 посто вјеројатности да је истинска варијабла изван тог распона. Хипотеза „без разлике“ је изван распона од 95 посто.
Једноставније речено, тренутна мерења сугеришу да неутрини и антитатрични неутрини осцилирају различито, мада се сигурност не подиже на ниво да би се поставила дефинитивна тврдња. У ствари, критичари истичу да на мерења са овим нивоом статистичке важности треба гледати веома, врло скептично. Али, то је свакако огромно провокативан почетни резултат, а светска научна заједница изузетно је заинтересована да види побољшане и прецизније студије.
Т2К експеримент ће наставити да бележи додатне податке у нади да ће извршити коначно мерење, али то није једина игра у граду. У Фермилабу, који се налази изван Чикага, сличан експеримент зван НОВА гађа и неутрине и антиматерије у северне Минесоте, надајући се да ће Т2К пробити до удара. А, гледајући више у будућност, Фермилаб напорно ради на томе што ће бити њен водећи експеримент, назван ДУНЕ (Дееп Ундергроунд Неутрино Екперимент), који ће имати далеко супериорне могућности за проучавање ове важне појаве.
Иако резултат Т2К није дефинитиван и опрез је загарантиран, сигурно је мучан. С обзиром на огромност питања зашто изгледа да наш свемир нема значајну антиматерију, светска научна заједница с нестрпљењем ће чекати даља ажурирања.
