Laboris loodi miljardeid antiaine-osakesi
Antiaine-uuringud võivad paljastada ka selle, miks universumi algushetkel Suures Paugus jäi alles rohkem ainet kui antiainet.
“Oleme tuvastanud märksa rohkem antiainet kui kellelgi teisel iial laserkatses mõõta on õnnestunud,” ütles Lawrence Livermore’i riikliku laboratooriumi teadur ning uurimuse juht Hui Chen, kes esitleb oma tööd 17.–21. novembrini toimuval Ameerika füüsikute liidu plasmafüüsika osakonna istungil Dallases. “Oleme näidanud, et märkimisväärse hulga positronide loomine lühiimpulss-laseriga on võimalik.”
Chen ja kolleegid kasutasid millimeetripaksuse kullast sihtmärgi kiiritamiseks ülitõhusat lühiimpulss-laserit. “Varem keskendusime positronide tekitamisele paberõhukeste märklaudadega,” selgitas Scott Wilks, kes katse arvutis kavandas ja mudeldas. “Hiljutised simulatsioonid näitasid aga, et millimeetripaksune kiht kulda annaks palju ohtrama positronisaagi. Läksime sellist hulka positrone nähes väga elevile.”
Katses ioniseerib ja kiirendab laser elektrone, mis lennutatakse läbi kuld-sihtmärgi. Oma teel suhestuvad elektronid kulla aatomite tuumadega, mis ongi positronide tekke katalüsaatoriks. Elektronid purskavad puhast energiat, mis laguneb Einsteini kuulsa aine ja energia suhet käsitleva valemi kohaselt aineks ja antiaineks. Energiat ajas ja ruumis kokku surudes tekitab laser positrone kiiremini ja tihedamas kontsentratsioonis kui see iial varem laboris õnnestunud on.
“Nii suurte koguste antiaine puhul saame üksikasjalisemalt uurida, kas antiaine ikka on täpselt nagu aine, ning võib-olla leida rohkem juhtlõngu selle kohta, miks meile nähtavas universumis on ainet enam kui antiainet,” ütles Livermore’i juhtivaid füüsikuid, Cheniga koos töötav Peter Beiersdorfer.
Kokkupuutel tavalise ainega hävivad antiaine-osakesed peaaegu otsekohe, muundudes puhtaks energiaks (gammakiirguseks). Palju on spekuleeritud selle üle, miks nähtav universum pealtnäha peaaegu täielikult ainest koosneb; kas on piirkondi, mis koosnevad suuremas osas antiainest; ning mis kõik saaks võimalikuks, kui antiainet õnnestuks rakkesse panna. Väga varajases universumis, arvatakse, olid tavaline ja antiaine tasakaalus, kuid “asümmeetria” tõttu antiaine lagunes või hävitati; tänapäeval kohtame antiainet väga harva ja imeväikestes kogustes.
Aastate vältel on füüsikud antiaine kohta palju teooriaid loonud, kuid katseliselt ei tõestatud selle olemasolu enne 1932. aastat. Maa atmosfääriga kokku põrkavad kõrgenergeetilised kosmilised kiired tekitavad põrkumisega kaasnevates purskejugades tillukesi koguseid antiainet, ning füüsikud on õppinud tekitama tagasihoidlikke koguseid antiainet traditsioonilistes osakestekiirendites. Pole välistatud, et antiainet tekitavad samal moel meie Linnutee ja teiste täheparvede kesksed piirkonnad, kus möllab väga energiaküllane astronoomiline tegevus. Selle tulemusena tekkivat antiainet on võimalik tuvastada gammakiirte järgi, mis tekivad positronide hävimisel lähedal asuva ainega kokku puutudes.
Ka antiaine tootmine laseritega pole täiesti uus idee. Umbes kümne aasta eest tuvastasid Livermore’i uurijad katsetes petavatt-laseriga Nova umbes 100 osakest antiainet. Tänaseks on see laser kasutuselt kõrvaldatud. Parema sihtmärgi ja tundlikuma anduri abiga tuvastasid uurijad tänavu aga üle miljardi osakese. Sellest proovist järeldavad teadlased, et kokku tekitati üle 100 miljardi positroni.
Kuni hävimiseni käituvad positronid (anti-elektronid) üsna sarnaselt elektronidele (olles lihtsalt vastasmärgilise laenguga), ning sel moel Chen ja kolleegid neid tuvastasidki. Nimelt ehitasid nad tavalise elektronianduri (spektrimeetri) ümber nii, et see tuvastaks ka vastasmärgilise laenguga osakesi.
“Alanud on uus ajastu”, kuulutas Beiersdorfer. “Nüüd, kus me seda otsima hakkasime, virutas see meile otse kui vasaraga pähe. Kujutlustes näeme juba laserite kui odavamate antiaine-vabrikutega varustatud antiaine uurimise keskust.”
