RZECZ O ... dodatek do gazety Rzeczpospolita z 19 października 2004 r.

Badanie symetrii przyrody

Od kilku lat uczestniczę w pracach SPSC, czyli Komitetu Akceleratora SPS, i recenzuję niektóre eksperymenty dotyczące badań prowadzonych przy użyciu wiązki bardzo powolnych ("zimnych") antyprotonów. CERN jest jedynym miejscem na świecie, gdzie takie wiązki są dostępne. Pozorny paradoks: wciąż słyszymy o potrzebie osiągania coraz wyższych energii wiązek - a tu chodzi o możliwie najwolniejsze. Aby jednak badać niektóre zjawiska, konieczne jest uzyskanie rzeczywiście bardzo niskoenergetycznych antyprotonów, które wówczas mogą tworzyć atomy antymaterii - antywodoru, zbudowanego z antyprotonowego jądra i obiegającego je antyelektronu, czyli pozytonu. (Nie, to nie jest tajemnicza broń z powieści Dana Browna - dziś antywodór produkuje się w eksperymentach obficie, ale nie w ilościach makroskopowych, a jego anihilacja z materią rejestrowana jest tylko w postaci pięknych sygnałów w detektorach elektronicznych).

By wytworzyć antywodór, trzeba najpierw zgromadzić zapas jego składników - a więc zebrać antyprotony w odpowiedniej pułapce o ścianach z pól elektrycznych i magnetycznych, wytworzyć sporo pozytonów - i doprowadzić do ich spotkania, i to tak, by możliwie małe prędkości względne dawały szansę na utworzenie atomów. Ten etap eksperymenty cernowskie mają już za sobą - dwa lata temu niemal jednocześnie opublikowano przekonujące dowody, że eksperymenty o kryptonimach ATRAP i ATHENA wytworzyły w swoich pułapkach zimny antywodór.

Następny etap będzie znacznie trudniejszy. Celem tych eksperymentów nie jest bowiem "pokazanie ciekawostki", ale sprawdzanie jednej z najbardziej podstawowych symetrii przyrody - tak zwanej niezmienniczości CPT, z której wynika, że poziomy energetyczne wodoru i antywodoru są identyczne. Ta symetria jest fundamentem obecnych teorii fizycznych i jej naruszenie - choćby na poziomie niewyobrażalnie rzadkich zdarzeń - oznaczałoby prawdziwą rewolucję.

Dlaczego to jest trudniejsze niż wytworzenie antywodoru? Otóż potrzeba do tego antywodoru w stanie podstawowym - a ten produkowany w obecnych eksperymentach jest bardzo wzbudzony. I, co jeszcze trudniejsze, trzeba ten antywodór w stanie podstawowym złapać w pułapkę działającą na wewnętrzny moment magnetyczny antywodoru, jego spin (to jednak pech, że nie mamy pojemników z antytytanu, jak wzdycha jeden z eksperymentatorów).

Oprócz eksperymentów badających zimny antywodór działa też w CERN eksperyment ASACUSA, w którym zimne antyprotony używane są do budowy antyprotonowego helu - czyli atomów, w których jeden z elektronów na orbicie zostaje zastąpiony antyprotonem. Spektroskopia antyprotonowego helu - a zbadano już energie przejść między dziesiątkami takich egzotycznych stanów - pozwoliła oszacować parametry takie jak stosunek ładunku do masy dla antyprotonu z dokładnością 10 ppb - czyli "dziesięć części na miliard". I wciąż ten parametr nie różni się od odpowiedniej wartości dla zwykłego protonu.

Na zakończenie warto dodać, że i tu mamy polski ślad: w eksperymencie ATHENA uczestniczy Polka - doktorantka Uniwersytetu w Moguncji.

HELENA BIAŁKOWSKA,
INSTYTUT PROBLEMÓW JĄDROWYCH IM. A. SOŁTANA