Η ΑΝΤΙΥΛΗ ΚΑΙ Η ΠΤΗΣΗ ΤΟΥ ΑΝΘΡΩΠΟΥ ΣΤΑ ΑΣΤΡΑ. Α΄ ΜΕΡΟΣ

 Στον  κόσμο  που  ζούμε,  σ’ αυτό  που  αποκαλούμε  Σύμπαν,  υπάρχουν  δύο  αντιληπτές  «οντότητες»,  άρρηκτα  συνδεδεμένες  μεταξύ  τους:  ο  Χωροχρόνος  και  η  Υλοενέργεια.

Η  ύπαρξη  της  μιας  προϋποθέτει  και  την  ύπαρξη  της   άλλης.  Η  δημιουργία  της  μιας  συνεπάγεται  και  την  δημιουργία  της άλλης.  Δεν  υπάρχει  Χωροχρόνος  χωρίς  να  εμπεριέχει  σύμφυτα  και  την  «οντότητα»  Υλοενέργεια,  ούτε  μπορούμε  να  φανταστούμε  την  ύπαρξη  άχρονης  και  μη  χωρικής  Υλοενέργειας.

Στα  τελευταία  50  χρόνια  η  Θεωρητική  και  η  Πειραματική  Φυσική,  η  Κοσμολογία  και  η  Φυσική  των  Κβάντων  μας  αποκάλυψαν  ενδιαφέρουσες  μορφές  της  «οντότητας»  που  αποκαλούμε  Υλοενέργεια.

Η  ΥΛΗ,  Η  ΑΝΤΙΥΛΗ,  Η  ΣΚΟΤΕΙΝΗ  ΥΛΗ  ΚΑΙ  Η  ΣΚΟΤΕΙΝΗ  ΕΝΕΡΓΕΙΑ.

Επιστημονικά  θεωρείται  ότι  η αντιύλη είναι η μορφή της ύλης που αποτελείται από τα αντισωματίδια των σωματιδίων που συγκροτούν την συνήθη ύλη.

Για παράδειγμα, ένα άτομο αντι-υδρογόνου αποτελείται από ένα αρνητικά φορτισμένο αντιπρωτόνιο, γύρω από το οποίο περιστρέφεται ένα θετικά φορτισμένο ποζιτρόνιο. Αν ένα σωματίδιο και ένα αντισωματίδιο έρθουν σε επαφή, και τα δύο καταστρέφονται και παράγεται ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία.

Σε κάθε σωματίδιο της ύλης αντιστοιχεί και ένα αντισωματίδιο, που έχει ίδια μάζα, αλλά αντίθετο ηλεκτρικό φορτίο ή ενδεχομένως άλλους κβαντικούς αριθμούς. Για παράδειγμα, το ηλεκτρόνιο έχει αρνητικό ηλεκτρικό φορτίο, ενώ το αντισωματίδιό του, το ποζιτρόνιο, έχει θετικό.  Όταν ένα σωματίδιο συγκρούεται με το αντισωματίδιο του εξαϋλώνονται, αφήνοντας πίσω τους μόνο ενέργεια υπό μορφή ακτινοβολίας γ  (ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία). Τα αντισωματίδια αποτελούν αντικείμενο μελέτης της σωματιδιακής φυσικής, το δε σύνολο αυτών συγκροτούν τη λεγόμενη αντιύλη.

Αν αντισωματίδια ενωθούν με κανονικά σωματίδια, τότε το σύνολο των   μαζών τους μετατρέπεται σε ενέργεια.

Όπως τα σωματίδια ενώνονται μεταξύ τους και σχηματίζουν τα άτομα που είναι οι βασικοί δομικοί λίθοι της ύλης, θα πρέπει και τα αντισωματίδια να ενώνονται μεταξύ τους και να σχηματίζουν τα αντιάτομα τα οποία θα είναι τα βασικά δομικά συστατικά της αντιύλης.

Η αντιύλη δεν έχει παρατηρηθεί πουθενά στο σύμπαν μέχρι σήμερα, αλλά είναι δυνατό να παραχθεί τεχνητά σε επιταχυντές σωματιδίων.

Σε αντίθεση με την ύλη που αποτελείται από άτομα με πυρήνες θετικά φορτισμένους και ηλεκτρόνια αρνητικά φορτισμένα, η αντιύλη αποτελείται από άτομα με αρνητικούς πυρήνες και θετικά φορτισμένα ηλεκτρόνια που ονομάζονται ποζιτρόνια. Κάθε φορτισμένο σωματίδιο διαθέτει ένα αντίστοιχο φορτισμένο σωματίδιο ίδιας μάζας και αντίθετου ηλεκτρικού φορτίου.  

Αντισωματίδια δημιουργούνται συνεχώς στους μεγάλους επιταχυντές σε όλο τον κόσμο.

Η ύλη και η αντιύλη δεν μπορούν να συνυπάρξουν σε σημαντικές ποσότητες και για σημαντικά χρονικά διαστήματα καθώς η αλληλεπίδρασή τους έχει ως αποτέλεσμα την αμοιβαία εξαΰλωσή τους και την ταυτόχρονη εκπομπή ακτινοβολίας.

Εάν  μπορούσαμε  να  παραγάγουμε  σημαντικά  ποσά αντιύλης, θα μπορούσαμε να εκμεταλλευτούμε το σύνολο της ισοδύναμης ενέργειας της ύλης, αντί για τα μικρά ποσοστά που δίνουν η χημική ενέργεια ή οι πυρηνικές αντιδράσεις που χρησιμοποιούνται σήμερα.

Η αντίδραση 1 kg αντιύλης με 1 kg ύλης θα παρήγαγε 1.8×10  στην  17η  J   ενέργειας.   Σε αντίθεση, η καύση ενός χιλιόγραμμου πετρελαίου παράγει 4.2×10  στην  7η  J  και η πυρηνική σύντηξη ενός χιλιόγραμμου υδρογόνου θα παρήγαγε 2.6×10  στην  15η  J.

Άτομα αντιυδρογόνου δημιουργούνται, πολύ περιορισμένα σε αριθμό, σε εργαστήρια από τα τέλη του 20ού αιώνα, αλλά η διάρκεια ζωής τους είναι πολύ σύντομη και δεν μπορούν να διατηρηθούν. Επιπλέον, η δημιουργία τους απαιτεί πελώριους μηχανισμούς (επιταχυντή σωματιδίων) και τεράστιες ποσότητες ενέργειας, πολύ περισσότερη ενέργεια από αυτή που απελευθερώνει η εξαΰλωσή τους με την ύλη.

Αν και εντοπίζονται μερικές φορές σωματίδια αντιύλης στο σύμπαν (το πρώτο αντισωματίδιο ανακαλύφτηκε το 1933 και επρόκειτο για ένα αντιηλεκτρόνιο που δημιούργησε η συνάντηση κοσμικών ακτίνων με την ατμόσφαιρα),  οι σημερινές μας γνώσεις δείχνουν ότι δεν υπάρχει  ελεύθερο  άτομο αντιύλης στη φύση. Η εξαφάνιση της αντιύλης (που δημιουργήθηκε ταυτόχρονα με την ύλη σύμφωνα με τη θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης) παραμένει ένα μυστήριο, αλλά είναι βέβαιο ότι χωρίς αυτό το γεγονός δεν θα είχαμε υπάρξει ποτέ.

ΤΟ  ΠΑΡΑΛΛΗΛΟ  ΣΥΜΠΑΝ  ΑΝΤΙΥΛΗΣ

Σύμφωνα με μια υπόθεση για την εξήγηση της εξαφάνισης της αντιύλης, η αντιύλη υπάρχει σ' ένα ξεχωριστό σύμπαν παράλληλο προς το δικό μας, αλλά το πρόβλημα είναι ότι είναι αδύνατον να αποδειχθεί η ορθότητα αυτής της υπόθεσης, εφόσον είναι αδύνατον να έρθουμε σε επαφή με ένα παράλληλο σύμπαν (αν υφίσταται ένα).

Μια άλλη εξήγηση ίσως είναι ότι υπάρχουν τα  λεγόμενα  αντικαόνια, αντισωματίδια που μπορούν να μεταμορφωθούν αυθόρμητα στο αντίστοιχο σωματίδιο τους. Εφόσον ύλη και αντιύλη λειτουργούν με τον ίδιο τρόπο, το αντίθετο θα πρέπει να ήταν εφικτό με την ίδια ευκολία, δεν ισχύει όμως αυτή η περίπτωση: αντικαόνια θα μπορούσαν να γίνουν καόνια, αλλά ένας μικρός αριθμός από αυτά τα νέα καόνια δεν θα μπορούσε να ξαναγίνει αντικαόνιο και λόγω μη επιστροφής στην αρχική κατάσταση, ο αριθμός αντικαονίων θα ήταν πολύ μικρότερος από αυτόν των καονίων, συνεπώς η ύλη αναπόφευκτα επικράτησε επί της αντιύλης. Αυτή η υπόθεση αποτελεί καρπό παρατηρήσεων που πραγματοποιήθηκαν από φυσικούς τη δεκαετία του '60.

Αυτές οι υποθέσεις δεν δίνουν όμως εξήγηση για τα πάντα: το ζεύγος καόνιο/αντικαόνιο δεν αποτελεί ίσως παρά μόνο ένα μικρό τμήμα της ύλης/αντιύλης, κι ακόμη κι αν οι φυσικοί εκτιμούν ότι υπήρχε μόνο ένα δισεκατομμυριοστό ύλης περισσότερο σε σύγκριση με την αντιύλη, ψάχνουν επομένως μια πιο ολοκληρωμένη λύση στο μυστήριο αυτό μελετώντας τις ιδιότητες άλλων αντισωματιδίων, τα οποία θα δημιουργήσουν στο εγγύς μέλλον μέσα σε μεγάλες εγκαταστάσεις.

Σύμφωνα με μια άλλη θεωρία, η ύλη και η αντιύλη δημιουργήθηκαν ταυτόχρονα τη στιγμή της Μεγάλης Έκρηξης. Αλλά μόλις μερικά κλάσματα του μικροδευτερολέπτου αργότερα, η ύλη και η αντιύλη συγκρούστηκαν κι εξαϋλώθηκαν. Στην περίπτωση αυτή, θα ήταν μια πολύ λεπτή διαφορά του αριθμού σωματιδίων που θα ήταν υπεύθυνη για την κυριαρχία της ύλης επί της αντιύλης (για παράδειγμα: 1.000.000.001 σωματίδια ύλης για κάθε 1.000.000.000 σωματίδια αντιύλης). Αυτή η θεωρία δεν εξαιρεί την πιθανότητα ένα αντίθετο φαινόμενο να έχει συμβεί σε μια άλλη διάσταση, επομένως την πιθανότητα ότι υπάρχει άλλο σύμπαν στο οποίο η αντιύλη είναι αυτή που έχει το μικρό αριθμητικό προβάδισμα. Θα γινόταν τότε λόγος για αντισύμπαν.

Η  ΙΣΤΟΡΙΑ  ΤΗΣ  ΕΡΕΥΝΑΣ  ΓΙΑ  ΤΗΝ  ΑΝΤΙΥΛΗ

Ο Max Planck υπέθεσε ότι κάθε κύμα φωτός έρχεται σαν ένα μικρό πακέτο, το οποίο ονόμασε Κβάντο. Με τον τρόπο αυτό το φως δεν είναι απλά ένα κύμα ή ένα απλά ένα σωματίδιο αλλά ένας συνδυασμός των δυο. 
Έτσι έχουμε την εισαγωγή της διττής φύσης του φωτός.

Κατά τη δεκαετία του 1920 οι φυσικοί προσπαθούσαν να εφαρμόσουν την ίδια ιδέα στο άτομο και τα συστατικά του, και μέχρι το τέλος της δεκαετίας οι Erwin Schrodinger και Werner Heisenberg είχαν θεμελιώσει τη νέα Κβαντική Θεωρία της φυσικής. 
Το 1928, ο Paul Dirac  έφτιαξε μια εξίσωση, που συνδύαζε την κβαντική θεωρία και την κλασσική  φυσική, για να περιγράψει τη συμπεριφορά του ηλεκτρονίου.

Το 1932 ο Carl Anderson, ένας νέος καθηγητής στο ίδρυμα της τεχνολογίας στην Καλιφόρνια (California Institute of Technology), μελετούσε τη ροή των κοσμικών σωματιδίων σε ένα θάλαμο νέφωσης και είδε μια τροχιά που αφέθηκε από "κάτι που ήταν θετικά φορτισμένο, και με την ίδια μάζα με αυτήν του ηλεκτρονίου".

Το 1959 μια άλλη ομάδα φυσικών (B. Cork, O. Piccione, W. Wenzel και G. Lambertson) που εργαζόταν στο Bevatron, ανακοίνωσε την ανακάλυψη του αντινετρονίου.

Το 1965  έγινε  η παρατήρηση του αντιδευτερίου, ενός πυρήνα αντιύλης, που αποτελείται από ένα αντιπρωτόνιο και ένα αντινετρόνιο, σε αντιπαράθεση με το Δευτέριον, τον πυρήνα του ατόμου που αποτελείται από ένα πρωτόνιο και ένα νετρόνιο.

Η  ΣΚΟΤΕΙΝΗ  ΥΛΗ

Με τον όρο σκοτεινή ύλη αναφερόμαστε σε υποθετικά σωματίδια με άγνωστη μέχρι στιγμής σύνθεση. Η σκοτεινή ύλη δεν αλληλεπιδρά με καμία από τις τέσσερις θεμελιώδεις αλληλεπιδράσεις, πέρα από αυτή της βαρύτητας.

Το 1932 ο Ολλανδός αστρονόμος, Γιαν Όορτ, προέβη σ' έναν τολμηρό ισχυρισμό, υποστηρίζοντας πως ένας άγνωστος τύπος ύλης γεμίζει τον γαλαξία,  δίνοντας το όνομα σκοτεινή ύλη. Το 1934,  ο Ελβετός αστρονόμος, Φριτς Τσβίκι, θεμελίωσε αξιωματικά την ύπαρξη της σκοτεινής ύλης προκειμένου να εξηγήσει την επιπλέον βαρυτική έλξη που απαιτούνταν για να συγκρατούνται ενωμένα τα γαλαξιακά σμήνη. Την δεκαετία του 1960 η Αμερικανίδα αστρονόμος, Βέρα Ρούμπιν, ανακάλυψε πως οι σπειροειδείς γαλαξίες περιστρέφονταν τόσο γρήγορα, που θα έπρεπε να διαλύονταν, εκτός και αν περιείχαν μια ποσότητα μάζας  (αόρατη) με πολύ ισχυρή βαρύτητα, που θα τους επέτρεπε να διατηρούνταν συμπαγείς.

Σύμφωνα με τις δορυφορικές εκτιμήσεις της NASA,  η σκοτεινή ύλη αντιστοιχεί στο 26,8% του σύμπαντος ενώ η γνωστή σε μας ύλη αντιπροσωπεύει το 4,9%. Το 68,3% αντιστοιχεί στη σκοτεινή ενέργεια.   

Η σκοτεινή ύλη δεν εκπέμπει φως ή οποιαδήποτε άλλη ανιχνεύσιμη ακτινοβολία, με αποτέλεσμα οι επιστήμονες να μην μπορούν να τη δουν και να τη μετρήσουν.

Η ύπαρξή της μπορεί να διαπιστωθεί από τα βαρυτικά αποτελέσματα σε ορατή ύλη (γαλαξίες, αστέρια).

Προκειμένου να ανιχνευθούν σωματίδια σκοτεινής ύλης πραγματοποιούνται διάφορα πειράματα. Κάποια από αυτά εκτελούνται σε ορυχεία και σε σήραγγες σε μεγάλο βάθος, άλλα σε ισχυρούς επιταχυντές σωματιδίων ή και σε τηλεσκόπια εγκατεστημένα στο διάστημα.

Η  ΣΚΟΤΕΙΝΗ  ΕΝΕΡΓΕΙΑ

Η  σκοτεινή  ενέργεια  είναι ένα υποθετικό είδος ενέργειας που διατρέχει όλο το σύμπαν και θεωρείται πως μπορεί να εξηγήσει την επιταχυνόμενη διαστολή του σύμπαντος.

Η σκοτεινή ενέργεια είναι και αυτή αόρατη. Δεν αλληλεπιδρά με το φως και με άλλα ηλεκτρομαγνητικά φαινόμενα. Η ύπαρξή της διαπιστώνεται μόνο μέσω της βαρυτικής  επίδρασής της.

To  1998  δυο ανεξάρτητες ομάδες επιστημόνων ανακάλυψαν πως πριν από περίπου 5 δισεκατομμύρια χρόνια, η διαστολή του σύμπαντος άρχισε να επιταχύνεται. Η μόνη διέξοδος για να εξηγηθεί το φαινόμενο αυτό ήταν να εισαχθεί η έννοια της σκοτεινής ενέργειας.  Οι επικεφαλής των ερευνητικών αυτών ομάδων βραβεύτηκαν με Nόμπελ το 2011 για την ανακάλυψη της επιταχυνόμενης διαστολής του σύμπαντος.

Η  ΓΗ  ΕΙΝΑΙ  ΤΥΛΙΓΜΕΝΗ  ΑΠΟ  ΑΝΤΙΥΛΗ;

Σε μια σημαντική ανακάλυψη προέβησαν επιστήμονες από την Ιταλία, διαπιστώνοντας πως ο πλανήτης μας είναι «τυλιγμένος» από μια λεπτή ζώνη αντιπρωτονίων.

Η ανακάλυψη αυτή ενισχύει σημαντικά την θεωρία πως το μαγνητικό πεδίο της γης μπορεί να αποτελέσει «παγίδα» για την αντιύλη. Η παρουσίαση της νέας θεωρίας έγινε στο “Astrophysical Journal Letters”, στο οποίο τονίζεται πως ο ανιχνευτής κοσμικής ακτινοβολίας Pamela ευθύνεται για αυτά τα ευρήματα.

Η εσωτερική ζώνη «Βαν Άλεν» η οποία βρίσκεται γύρω από τη Γη, μπορεί και «εγκλωβίζει» τα αντιπρωτόνια της κοσμικής ύλης.

Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι μπορεί να υπάρχει αρκετή αντιύλη κοντά στον πλανήτη μας, ώστε στο απώτερο μέλλον να αποτελέσει μια άκρως αποδοτική προωθητική ύλη για τα διαστημόπλοια, μια ιδέα που ήδη μελετά η NASA.

Ο ερευνητής Αλεσάντρο Μπρούνο και ο Πιερτζιόρτζιο Πικότσα   που  έκαναν τη μελέτη, αποφάνθηκαν πως τα αντιπρωτόνια εκμηδενίζονται όταν έρθουν σε επαφή με κανονική ύλη, όπως τα πρωτόνια. Όσα τέτοια σωματίδια δεν έρχονται αμέσως σε επαφή με την κανονική ύλη, παραμένουν εν ζωή για λεπτά ή και για ώρες, σχηματίζοντας έτσι μια ζώνη αντιύλης, η οποία αποτελεί «την πιο άφθονη πηγή αντιπρωτονίων κοντά στη Γη».
 

ΛΙΓΑ  ΣΤΟΙΧΕΙΑ  ΠΡΟΧΩΡΗΜΕΝΗΣ  ΚΒΑΝΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣ

Το 1928, ο Paul Dirac για να περιγράψει τη συμπεριφορά του ηλεκτρονίου   με  την  Κβαντομηχανική  θεωρία   έφτιαξε μια εξίσωση,  που συνδύαζε την κβαντική θεωρία και την κλασσική φυσική.

Ε2 = p2c2 + m2c4

Η εξίσωση  χ2=4 μπορεί να έχει δύο πιθανές λύσεις (x=2 ή x=--2), έτσι η εξίσωση Dirac θα μπορούσε να έχει δύο λύσεις, μια για ένα ηλεκτρόνιο με θετική ενέργεια και μια για ένα ηλεκτρόνιο με αρνητική ενέργεια. Αλλά στην κλασσική φυσική, η ενέργεια ενός σωματιδίου πρέπει πάντα να είναι ένας θετικός αριθμός. 
 Η  ΘΑΛΑΣΣΑ  Dirac,  ΕΝΑ  ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ  ΠΡΟΤΥΠΟ  ΤΟΥ  ΚΕΝΟΥ.

Το ποζιτρόνιο, το αντίστοιχο αντισωμάτιο του ηλεκτρονίου, θεωρήθηκε αρχικά ως οπή στη θάλασσα  Dirac, πολύ πριν από την πειραματική ανακάλυψή του το 1932.
 Η θάλασσα Dirac είναι ένα θεωρητικό πρότυπο του κενού ως άπειρη θάλασσα σωματιδίων που κατέχουν αρνητική ενέργεια. Εφευρέθηκε από το βρετανό φυσικό το 1930 για να εξηγήσει  τις ΄΄ανώμαλες καταστάσεις΄΄ για τα αρνητικά κβαντικά ενεργειακά επίπεδα που προβλέφθηκαν από την εξίσωση Dirac για τα σχετιστικά ηλεκτρόνια.

Τελικά η απάντηση σε αυτή την περίεργη λύση της εξίσωσης ήταν η πειραματική ανακάλυψη του ποζιτρονίου.

Η  ΦΥΣΗ  ΣΚΕΦΤΕΤΑΙ  ΕΛΛΗΝΙΚΑ,  ΓΕΩΜΕΤΡΙΚΑ  ΚΑΙ  ΣΥΜΜΕΤΡΙΚΑ.

ΤΟ  ΒΑΣΙΚΟ  ΑΞΙΩΜΑ  ΤΗΣ  ΦΥΣΙΚΗΣ,   Η  ΔΙΑΤΗΡΗΣΗ  ΤΗΣ  ΣΥΜΜΕΤΡΙΑΣ.

ΟΙ  ΣΥΜΜΕΤΡΙΕΣ  ΣΤΗΝ  ΦΥΣΙΚΗ

ΣΥΜΜΕΤΡΙΑ  C

Eίναι η συμμετρία που έχουν οι φυσικοί νόμοι κάτω από την  αλλαγή της συζυγίας φορτίου. Οι βαρυτικές και οι ισχυρές αλληλεπιδράσεις υπακούν στη συμμετρία αυτή, ενώ αντίθετα οι ασθενείς την παραβιάζουν.

ΣΥΜΜΕΤΡΙΑ  P 

Θεωρούμε ότι έχουμε ένα σημείο σε ένα σύστημα συντεταγμένων και θεωρούμε ότι κρατώντας το σημείο σταθερό, αλλάζουμε το σύστημα συντεταγμένων.

ΣΥΜΜΕΤΡΙΑ  T

Ορίζεται ένας τελεστής Τα,  ο οποίος μετατρέπει τη χρονική στιγμή t στην χρονική στιγμή –t.

Αν ένα φυσικό σύστημα παραμένει αναλλοίωτο κάτω από την αλλαγή αυτή, λέμε ότι το σύστημα σέβεται την συμμετρία αντιστροφής του  χρόνου.

Η  ΣΥΜΜΕΤΡΙΑ  CP

 Η CP είναι το προϊόν δύο συμμετριών: της C (συζυγία φορτίου), που μετασχηματίζει ένα σωμάτιο στο αντισωμάτιό του, και την P (πάριτυ), η οποία δημιουργεί την εικόνα ειδώλων σε καθρέφτες ενός φυσικού συστήματος.

Η ισχυρή αλληλεπίδραση και η ηλεκτρομαγνητική αλληλεπίδραση φαίνονται να είναι αμετάβλητες κάτω από τον μετασχηματισμό CP, αλλά αυτή η συμμετρία παραβιάζεται κατά τη διάρκεια ορισμένων τύπων ασθενών διασπάσεων.

 ΘΕΩΡΗΜΑ  ΑΠΟΛΥΤΗΣ  ΣΥΜΜΕΤΡΙΑΣ  CPT
Στην  «τοπική κβαντική θεωρία»  αποκλείουμε  τις εξ αποστάσεως αλληλεπιδράσεις.   Η θεωρία παραμένει αναλλοίωτη ως προς τους μετασχηματισμούς Lorentz. Υπάρχει σύνδεση σπιν-στατιστικής, δηλαδή τα φερμιόνια υπακούουν στην στατιστική Fermi-Dirac και τα μποζόνια στην στατιστική Bose,  οπότε η συνδυασμένη συμμετρία CPT είναι απόλυτη. 

ΓΙΑΤΙ  ΥΠΑΡΧΕΙ  ΜΟΝΟ  ΥΛΗ; 
ΤΙ  ΣΧΕΣΗ  ΥΠΑΡΧΕΙ  ΤΟΥ  ΤΡΙΣΔΙΑΣΤΑΤΟΥ  ΧΩΡΟΥ  ΜΕ  ΤΟ  ΠΕΝΤΑΔΙΑΣΤΑΤΟ  ΥΠΕΡΧΩΡΟ;

Γιατί όλη η ύλη και η αντιύλη όταν συναντήθηκαν δεν εξαϋλώθηκαν έτσι ώστε να δημιουργηθεί ένα σύμπαν χωρίς ύλη; Γιατί ακόμη και το ένα στο δισεκατομμύριο σωματίδια επέζησαν εάν υπήρξαν ίσα ποσά ύλης και αντιύλης;

Στην πραγματικότητα, αμέσως μετά από το Big Bang, το μεγαλύτερο μέρος της ύλης και της αντιύλης εξαϋλώθηκε , αλλά ένα στο δισεκατομμύριο σωματίδια επέζησαν και από αυτά έγιναν οι γαλαξίες και ο κόσμος όπως εμείς τον ξέρουμε τώρα. Η απάντηση βρίσκεται τουλάχιστον μερικώς σε ένα φαινόμενο που αποκαλείται παραβίαση της Πάριτυ Φορτίου (CP) η οποία δείχνει ότι η ύλη και η αντιύλη διασπώνται διαφορετικά

Αυτό που συνέβη πραγματικά είναι ότι κατά τη διάρκεια του Big Bang κάποια ποσά αντιύλης διαμόρφωσαν ΄΄μικρά παράθυρα΄΄ τα φερμιόνια που συνδέουν τον τρισδιάστατο φυσικό κόσμο με τον πενταδιάστατο υπερχώρο . Αυτά τα φερμιόνια, μελανές οπές και αστέρες νετρονίων που συνδέουν το φυσικό κόσμο μας (τρισδιάστατο χώρο) με το πενταδιάστατο υπερχώρο παρέχουν τα απαραίτητα ανοίγματα μέσω των οποίων ο υπερχώρος παρέχει μια αναρρόφηση. Αυτή η αναρρόφηση από τον υπερχώρο είναι γνωστή ως βαρύτητα και ως  ηλεκτρομαγνητικά πεδία, τα οποία υπάρχουν γύρω από το φυσικό κόσμο. Κάποιος αντιμετρητής διαμόρφωσε τα φερμιόνια ή παράθυρα που είναι μικρότερα σε μέγεθος από το μέγεθος ενός σωματιδίου που συνδέει το φυσικό κόσμο και τον υπερχώρο.

Η ισοδυναμία του υδρογόνου και του αντιυδογόνου βασίζεται σε μια υπόθεση που ονομάζεται CPT συμμετρία.

Αυτό σημαίνει ότι αν κάποιος πάρει ένα κομμάτι ύλης και αντιστρέψει ταυτόχρονα όλα τα φορτία των στοιχείων που το αποτελούν, την κατεύθυνση του χρόνου που κυλάει και μιας άλλης ιδιότητας που ονομάζεται parity, η νέα κατάσταση που θα προκύψει θα υπακούει στους ίδιους φυσικούς νόμους.

Αν η CPT συμμετρία ισχύει, το αντιυδρογόνο θα συμπεριφέρεται σαν το υδρογόνο. Ιδιαίτερα θα εκπέμπει και θα απορροφά ακτινοβολία στις ίδιες συχνότητες. Δηλαδή θα έχουν, με άλλα λόγια, το ίδιο φάσμα εκπομπής και απορρόφησης.

Αν όμως το φάσμα είναι διαφορετικό η θεωρία της CPT συμμετρίας θα καταρρεύσει. Οι διαφορές μεταξύ των δύο φασμάτων μπορεί να μας βοηθήσουν να καταλάβουμε το γιατί υπάρχει περισσότερη ύλη από αντιύλη στο σύμπαν, αν και η θεωρία του Big-Bang προβλέπει ίσα ποσά ύλης και αντιύλης στο σύμπαν!

ΤΟ ΠΕΜΠΤΟ ΚΟΥΑΡΚ

Η DORIS (Doppel-Ring-Speicher - ένας διπλός δακτύλιος αποθήκευσης), είχε ωοειδές σχήμα διαστάσεων  100 m. Εξαπολύοντας ηλεκτρόνια κατά ποζιτρονίων με μεγάλη δύναμη, η DORIS κατάφερε να ανεβεί το επόμενο σκαλοπάτι της κλίμακας των κουάρκ, παράγοντας σωματίδια αποτελούμενα από το πέμπτο κουάρκ, την «ομορφιά» (ή «πυθμένα») και το αντικουάρκ του.

Όταν τα ηλεκτρόνια και τα ποζιτρόνια οδηγήσουν σε ένα συντονισμό κουαρκ-αντικουάρκ, το σήμα των τελευταίων είναι δυνατό και καθαρό,  ένα κουάρκ θα  διασπαστεί σε δύο κομμάτια με κουάρκ και αντικουάρκ. Ωστόσο όταν στα ηλεκτρόνια και τα ποζιτρόνια περισσεύει ενέργεια, το σήμα του ζεύγους κουάρκ-αντικουάρκ είναι ασαφές. Η επιπλέον ενέργεια διοχετεύεται στους κβαντικούς δεσμούς μεταξύ κουαρκ-αντικουαρκ. 

ΤΟ ΓΛΟΥΟΝΙΟ SPEAR 1974
 
Καθώς αυξάνεται η ενέργεια, οι δεσμοί αυτοί αρχίζουν να δονούνται όπως η χορδή μιας κιθάρας. Αν συνεχίσουμε να τροφοδοτούμε με ενέργεια η χορδή θα σπάσει και τα 2 κομμάτια θα εκτοξευτούν σε αντίθετες κατευθύνσεις. Παρότι έχει σπάσει ένας δεσμός κουαρκ- αντικουάρκ αυτά δεν χωρίζονται. Στον κόσμο μας δεν έχουν παρατηρηθεί ελεύθερα κουάρκ ή αντικουαρκ. Έτσι αν διαρρήξουμε τον ελαστικό δεσμό μεταξύ ενός κουαρκ και ενός αντικουαρκ θα έχουμε 2 καινούρια ζεύγη το καθένα με το δικό του δεσμό.

Ο ελαστικός δεσμός που συγκρατεί τα κουάρκ λέγεται γλουόνιο. Όταν τα κουάρκ και τα αντικουάρκ έρθουν πολύ κοντά ο δεσμός τους είναι πρακτικά μη ανιχνεύσιμος. Αν διασπαστεί όμως θα έχουμε ακτινοβολία από ένα μέρος της αποθηκευμένης ενέργειας του δεσμού. Η τάση που απελευθερώνεται από τη ρήξη του δεσμού κουάρκ-αντικουάρκ παράγει σωματίδια, τα γλουόνια. Τα παραγόμενα σωματίδια, δύο ομάδες γλουονίων στα άκρα των οποίων υπάρχουν ένα κουαρκ και ένα αντικουάρκ και μια τρίτη ομάδα γλουονίων μοιράζονται τη διαθέσιμη ενέργεια σχηματίζοντας ένα άστρο με 3 κορυφές.

Όλες οι μορφές ενέργειας είναι μεταξύ τους μετατρέψιμες και κάθε τέτοια διεργασία έχει ένα σταθερό «ρυθμό μετατροπής».   Εδώ ο ρυθμός μετατροπής μεταξύ της ενέργειας Ε και της μάζας m δίνεται από συγκεκριμένη σχέση. Το φως διαδίδεται πολύ γρήγορα, με ταχύτητα  περίπου επτά φορές η περίμετρος της Γης το δευτερόλεπτο.

Όταν ο αριθμός αυτός υψωθεί στο τετράγωνο, γίνεται πολύ μεγάλος και η δυσκολία μετατροπής της ελεύθερης ενέργειας σε αδρανειακή μάζα είναι μεγάλη.

Η  ΑΝΤΙΥΛΗ  ΣΤΗΝ  ΜΗΧΑΝΙΚΗ  ΚΑΙ  ΣΤΗΝ  ΙΑΤΡΙΚΗ

Όλες οι πηγές ενέργειας απαιτούν κάποιο είδος αναλώσιμου καυσίμου. Η ανάλωση αυτή μπορεί να πάρει τη μορφή είτε της χημικής καύσης, όπου το καύσιμο συνδυάζεται με οξυγόνο, είτε της πυρηνικής «καύσης», όπου βαρείς και ασταθείς πυρήνες μεταστοιχειώνονται σε ελαφρύτερους και σταθερότερους.

Ελάχιστα γραμμάρια αντιύλης θα επαρκούσαν για την ηλεκτροδότηση ολόκληρης πόλης επί αρκετές ώρες. Επιπροσθέτως, η διεργασία της εξαΰλωσης θα είχε βαθμό απόδοσης 100% και θα παρήγε μηδενικά απόβλητα. 
Αντισωμάτια υψηλών ενεργειών παράγονται σε μεγάλους αριθμούς  σε μερικούς πολύ ισχυρούς επιταχυντές. Ο ρυθμός παραγωγής αντιύλης σήμερα σε παγκόσμια κλίμακα είναι της τάξης των 1 έως 10 νανογραμμάρια (δισεκατομμυριοστά του γραμμαρίου) ανά έτος. 

Μικροσκόπιο αντιύλης ανιχνεύει ατέλειες ημιαγωγών.
 Όταν ένα ποζιτρόνιο εισέρχεται σε ένα δείγμα ημιαγωγού από σημεία κρυσταλλικού κενού τότε ΄΄ζει΄΄ περισσότερο από ένα ποζιτρόνιο που εισέρχεται από οποιαδήποτε άλλο σημείο. Έτσι ανάλογα με το χρόνο ζωής των ποζιτρονίων καθορίζουμε αν ο ημιαγωγός έχει ατέλειες.

ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ  ΤΗΣ  ΑΝΤΙΥΛΗΣ  ΣΤΗΝ  ΙΑΤΡΙΚΗ

 Γ - ΚΑΜΕΡΑ 
(Τομογραφία με Εκπομπή Ποζιτρονίων)

Η αντιύλη έχει αρχίσει και μπαίνει στην ζωή μας. 
Ποζιτρόνια χαμηλής ενέργειας χρησιμοποιούνται καθημερινά σε μια τεχνική ιατρικής απεικόνισης που λέγεται Τομογραφία με Εκπομπή Ποζιτρονίων. Αυτά τα ποζιτρόνια είναι προϊόν ραδιενεργών διασπάσεων.  Ενώ είναι χρήσιμα σε ιατρικές εφαρμογές, δεν υπάρχουν αρκετά από αυτά τα αντιηλεκτρόνια ώστε να χρησιμοποιηθούν σε άλλες εφαρμογές.

Με την  γ-Camerα, εκτός από τις στατικές εικόνες, είναι δυνατή η λήψη πολλών εικόνων συναρτήσει του χρόνου, γεγονός που καθιστά εφικτή την απεικόνιση της μεταβολής της κατανομής του ραδιοφαρμάκου, στο υπό εξέταση όργανο, με την πάροδο του χρόνου (δυναμική μελέτη). 
Με τα συστήματα Spect  (Τομογραφία με Εκπομπή Ποζιτρονίων),  που έχουν τη δυνατότητα αυτόματης και προγραμματιζόμενης περιστροφής γύρω από τον ασθενή, σε επιθυμητή ακτίνα και ταχύτητα περιστροφής, μπορούμε να λαμβάνουμε τρισδιάστατες εικόνες.

Τα ποζιτρόνια (θετικά ηλεκτρόνια) εκπέμπονται από ραδιενεργούς πυρήνες, που διαθέτουν περίσσεια πρωτονίων. Κινούνται μόνο λίγα χιλιοστά μέσα στην ύλη, μέχρις ότου συναντήσουν ένα αρνητικό ηλεκτρόνιο, με το οποίο συγκρούονται. Η σύγκρουση αυτή ύλης - αντιύλης καταλήγει στην εξαΰλωση των δύο σωματιδίων και τη δημιουργία δύο φωτονίων, ακτίνων γ, ενεργείας 511Kev το καθένα, τα οποία εκπέμπονται κατά αντίθετες κατευθύνσεις, υπό γωνία 180 και ανιχνεύονται από κατάλληλους ανιχνευτές, ώστε να καθορίζεται με μεγάλη ακρίβεια το σημείο, όπου συνέβη η εξαΰλωση.

Με την χρήση του PET  (Τομογραφία με Εκπομπή Ποζιτρονίων) προσδιορίζουμε: 
Θέση νεοπλασιών.
Εκφυλιστικές διαταραχές του εγκεφάλου.
Μεταβολές στη ροή του αίματος, ακόμα και μικροσκοπικές. 

Η  ΕΡΕΥΝΑ  ΓΙΑ  ΤΗΝ  ΑΝΤΙΥΛΗ  ΣΤΟ  ΣΥΜΠΑΝ

Η επιστημονική κοινότητα προβληματίζεται  εδώ  και  πολλά  χρόνια  για την απουσία αντιύλης στο σύμπαν. Το Big Bang θα πρέπει να είχε δημιουργήσει ίσες ποσότητες ύλης και αντιύλης, όμως δεν παρατηρούμε καμία αρχέγονη αντιύλη σήμερα. Τα πειράματα στον επιταχυντή LHC στο Cern στην Ελβετία έχουν την δυνατότητα να μας αποκαλύψουν τις φυσικές διεργασίες που θα μπορούσαν να μας οδηγήσουν στην  επίλυση αυτού του παράδοξου. Κάθε φορά που δημιουργείται ύλη από καθαρή ενέργεια, δημιουργούνται ίσες ποσότητες σωματιδίων και αντισωματιδίων. Αντίθετα, όταν εξαϋλώνεται ύλη με αντιύλη, τότε παράγεται ακτινοβολία. Η αντιύλη παράγεται συνήθως όταν κοσμικές ακτίνες χτυπήσουν την ατμόσφαιρα της Γης και αυτές εξαϋλώνονται σε ύλη και αντιύλη. 

Το  φαινόμενο αυτό παρατηρήθηκε και κατά τη διάρκεια πειραμάτων  σε επιταχυντές σωματιδίων. Με την αντιύλη, θα μπορούσαμε να εκμεταλλευτούμε το σύνολο της ισοδύναμης ενέργειας της ύλης, αντί για τα μικρά ποσοστά που δίνουν η χημική ενέργεια ή οι πυρηνικές αντιδράσεις που χρησιμοποιούνται σήμερα. Η αντίδραση 1 kg αντιύλης με 1 kg ύλης θα παρήγαγε  τεράστια  ποσά  ενέργειας  (1.8x10  στην 17η  J). Άτομα αντιυδρογόνου δημιουργούνται, πολύ περιορισμένα σ' αριθμό, στα εργαστήρια από τα τέλη του 20ού αιώνα, αλλά η διάρκεια ζωής τους είναι πολύ σύντομη και δεν μπορούν να διατηρηθούν. Επιπλέον για την δημιουργία τους απαιτούνται μεγάλες εγκαταστάσεις (επιταχυντές σωματιδίων) και τεράστιες ποσότητες ενέργειας. Η ενέργεια που απαιτείται για  την  δημιουργία  τους,  είναι πολύ περισσότερη από αυτή που απελευθερώνει η εξαΰλωση τους με την ύλη. Αν και εντοπίζονται μερικές φορές σωματίδια αντιύλης στο σύμπαν (το πρώτο αντισωματίδιο ανακαλύφτηκε το 1933 και επρόκειτο για ένα αντιηλεκτρόνιο που δημιούργησε η συνάντηση κοσμικών ακτίνων με την ατμόσφαιρα), οι σημερινές μας γνώσεις δείχνουν ότι δεν υπάρχει άτομο αντιύλης στη φύση. 

Η εξαφάνιση της αντιύλης (που δημιουργήθηκε ταυτόχρονα με την ύλη σύμφωνα με τη θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης) παραμένει ένα μυστήριο, αλλά είναι σίγουρο ότι χωρίς αυτό το γεγονός δεν θα είχε δημιουργηθεί το σύμπαν που ξέρουμε.

Μια θεωρία  ισχυρίζεται  ότι η αντιύλη υπάρχει σ' ένα ξεχωριστό σύμπαν παράλληλο προς το δικό μας, αλλά το πρόβλημα είναι ότι είναι αδύνατον να αποδειχθεί η ορθότητα αυτής της θεωρίας, από την στιγμή που με τα σημερινά δεδομένα δεν μπορούμε να έρθουμε σ' επαφή μ' ένα παράλληλο σύμπαν, αν υπάρχει και αν είναι μόνο ένα. 
Μια άλλη θεωρία που έχει προταθεί είναι ότι ίσως υπάρχουν αντικαόνια, αντισωματίδια που μπορούν να μεταμορφωθούν αυθόρμητα στο αντίστοιχο σωματίδιο τους. Εφόσον ύλη κι αντιύλη λειτουργούν με τον ίδιο τρόπο, το αντίθετο θα πρέπει να ήταν εφικτό με την ίδια ευκολία, όμως αυτή η περίπτωση δεν ισχύει: αντικαόνια θα μπορούσαν να γίνουν καόνια, αλλά ένας μικρός αριθμός από αυτά τα νέα καόνια δεν θα μπορούσε να ξαναγίνει αντικαόνιο, και λόγω μη επιστροφής στην αρχική κατάσταση, ο αριθμός αντικαονίων θα ήταν πολύ μικρότερος από αυτόν των καονίων, συνεπώς η ύλη αναπόφευκτα επικράτησε επί της αντιύλης. Αυτή η υπόθεση προκύπτει από παρατηρήσεις που πραγματοποιήθηκαν από φυσικούς την δεκαετία του '60. Οι παραπάνω θεωρίες δεν δίνουν όμως εξήγηση για τα πάντα: το ζεύγος καόνιο/αντικαόνιο δεν αποτελεί ίσως παρά μόνο ένα μικρό τμήμα της ύλης/αντιύλης, κι ακόμη κι αν οι φυσικοί εκτιμούν ότι υπήρχε μόνο ένα δισεκατομμυριοστό ύλης περισσότερο σε σύγκριση με την αντιύλη, ψάχνουν επομένως μια πιο ολοκληρωμένη λύση στο μυστήριο αυτό μελετώντας τις ιδιότητες άλλων αντισωματιδίων, τα οποία θα πρέπει να δημιουργηθούν στα κατάλληλα εργαστήρια. 

Σύμφωνα με μια άλλη θεωρία, η ύλη και η αντιύλη δημιουργήθηκαν ταυτόχρονα τη στιγμή της Μεγάλης Έκρηξης. Αλλά μόλις μερικά κλάσματα του μικροδευτερολέπτου αργότερα, η ύλη και η αντιύλη συγκρούστηκαν κι εξαϋλώθηκαν. Στην περίπτωση αυτή, θα ήταν μια πολύ λεπτή διαφορά του αριθμού σωματιδίων που θα ήταν υπεύθυνη για την κυριαρχία της ύλης επί της αντιύλης (για παράδειγμα: 1.000.000.001 σωματίδια ύλης για κάθε 1.000.000.000 σωματίδια αντιύλης). Αυτή η θεωρία δεν εξαιρεί την πιθανότητα ένα αντίθετο φαινόμενο να έχει συμβεί σε μια άλλη διάσταση, επομένως την πιθανότητα ότι υπάρχει άλλο σύμπαν αλλά στο οποίο η αντιύλη είναι αυτή που έχει το μικρό αριθμητικό προβάδισμα.

Θα γινόταν τότε λόγος για αντισύμπαν.

Οι επιστήμονες του CERN το 2010 κατάφεραν για πρώτη φορά να «παγιδεύσουν» 38 άτομα αντιύλης, συγκεκριμένα αντι-υδρογόνου. Αντι-υδρογόνο είχε παραχθεί ξανά στο παρελθόν, είχε όμως τότε καταστραφεί αμέσως μόλις είχε έρθει σε επαφή με την κανονική ύλη, ενώ αυτή τη φορά κατέστη δυνατό τα άτομα αντιύλης να διατηρηθούν σε συνθήκες κενού, έστω και για κλάσματα του δευτερολέπτου (συγκεκριμένα για 170 χιλιοστά του δευτερολέπτου). 

Η ερευνητική ομάδα του πειράματος ALPHA (Antihydrogen Laser Physics Apparatus) του CERN, αποτελούμενη από 40 επιστήμονες από 7 χώρες με επικεφαλής τον φυσικό Jeff Hangst του πανεπιστημίου Άαρχους της Δανίας, μετά από πέντε χρόνια προσπαθειών, παρουσίασαν το επίτευγμα τους. 
«Είμαστε εκστασιασμένοι. Το καταφέραμε έπειτα από πέντε χρόνια σκληρής δουλειάς» δήλωσε ο Jeff Hangst, σχολιάζοντας την εξέλιξη στο περιοδικό Nature όπου δημοσιεύτηκαν αποτελέσματα. Όπως ανέφεραν, η ικανότητα μελέτης τέτοιων ατόμων αντιύλης θα επιτρέψει στο μέλλον την πραγματοποίηση αδύνατων μέχρι σήμερα πειραμάτων πάνω σε θεμελιώδη αξιώματα της φυσικής. 
Το κυρίαρχο «Καθιερωμένο Μοντέλο» της Φυσικής -με βάση τις θεωρίες του βρετανού φυσικού Πολ Ντιράκ από το 1931 υποστηρίζει ότι κάθε σωματίδιο στη φύση (πρωτόνια, ηλεκτρόνια, νετρόνια και άλλα πιο «εξωτικά») έχει το αντίστοιχο αντισωματίδιο.  Για παράδειγμα, στο ηλεκτρόνιο αντιστοιχεί το ποζιτρόνιο. Ένα από τα μεγαλύτερα αινίγματα που απασχολεί τους φυσικούς, είναι γιατί ο κόσμος αποτελείται βασικά πια από ύλη παρά από αντιύλη, η οποία είναι σχετικά σπάνια, παρόλο που όμοιες ποσότητες από τις δύο αυτές καταστάσεις της ύλης πιστεύεται ότι δημιουργήθηκαν κατά τη γέννηση του σύμπαντος. Η παραγωγή αντισωματιδίων (π.χ. αντιπρωτονίων) είναι συνηθισμένη στο εργαστήριο, όμως η δημιουργία ολόκληρων ατόμων από αυτά τα αντισωματίδια είναι πιο πολύ δύσκολο έργο, που για πρώτη φορά κατέστη εφικτό το 2002 από ερευνητές πάλι του CERN, με επικεφαλής τον καθηγητή Gerald Gabrielse του πανεπιστημίου Χάρβαρντ. 
To δύσκολο για τη διεθνή ερευνητική ομάδα του ALPHA δεν ήταν να δημιουργήσει αντιάτομα. Περίπου 50.000 άτομα αντιυδρογόνου είχαν παραχθεί σε προηγούμενη προσπάθεια το 2002. Σε εκείνη την περίπτωση, όμως, η αντιύλη αντέδρασε με τα γειτονικά άτομα ύλης και εξαφανίστηκε ακαριαία. Η λύση ήταν να δημιουργηθεί ένα δοχείο που κρατά τα αντιάτομα αιωρούμενα εν κενώ, χωρίς να αφήνει την αντιύλη να έρθει σε επαφή με τα τοιχώματα. Αυτό είναι εύκολο να γίνει με τα επιμέρους συστατικά των αντιατόμων, τα ποζιτρόνια και τα αντιπρωτόνια, επειδή τα σωματίδια αυτά είναι φορτισμένα και μπορούν να διατηρηθούν αιωρούμενα με τη χρήση ηλεκτρικών πεδίων. 

Το αντιυδρογόνο, όμως, είναι ηλεκτρικά ουδέτερο και δεν μπορεί να παγιδευτεί έτσι απλά. Επηρεάζεται όμως από τα μαγνητικά πεδία επειδή τα συστατικά της αντιύλης έχουν μια ιδιότητα που ονομάζεται σπιν. Οι ερευνητές δημιούργησαν έναν οκταπολικό μαγνήτη, του οποίου το πεδίο ήταν ισχυρότερο κοντά στα τοιχώματα της παγίδας και εξασθενεί προς το κέντρο του. Αυτό ανάγκασε τα άτομα αντιυδρογόνου να συγκεντρωθούν στο κέντρο της παγίδας, όπου και επέζησαν για 170 millisecond πριν τελικά εξαφανιστούν. Έπειτα από 335 απόπειρες, οι ερευνητές κατάφεραν να παγιδεύσουν με αυτή τη μέθοδο συνολικά 38 μεμονωμένα άτομα αντιυδρογόνου. Οι ερευνητές απέδειξαν ότι, ανάμεσα σε συνολικά 10 εκατομμύρια αντιπρωτόνια και 700 εκατομμύρια ποζιτρόνια, σχηματίστηκαν 38 σταθερά άτομα αντιυδρογόνου, το καθένα από τα οποία «έζησε» για περίπου δύο δέκατα του δευτερολέπτου. Το επίτευγμα είναι εντυπωσιακό, ωστόσο η απειροελάχιστη αυτή ποσότητα αντιυδρογόνου δεν επαρκεί για τη μελέτη του - οι ερευνητές εκτιμούν ότι η παγίδα πρέπει να περιέχει γύρω στα 100 αντιάτομα κάθε φορά. Το 2011 η ομάδα επιστημόνων του προγράμματος ALPHA κατάφεραν να παγιδεύσουν 309 άτομα αντιυδρογόνου. 
Παράλληλα με το πρόγραμμα ALPHA (Antihydrogen Laser Physics Apparatus) υπάρχει και το πρόγραμμα ATRAP, το οποίο διεξάγεται και αυτό στο CERN το οποίο επιχειρεί να δημιουργήσει άτομα αντιυδρογόνου που κινούνται με χαμηλότερες ταχύτητες για να παγιδεύονται έτσι πιο εύκολα. «Αντί να προσπαθούμε να δείξουμε ότι μπορούμε να κρατάμε περιορισμένα 18 άτομα για ένα κλάσμα του δευτερολέπτου, αναπτύσσουμε μεθόδους ώστε να παράξουμε και να παγιδεύσουμε μεγαλύτερους αριθμούς ψυχρών ατόμων» ανέφερε μιλώντας στο περιοδικό ο επικεφαλής του προγράμματος καθηγητής του Πανεπιστημίου του Χάρβαρντ Gerald Gabrielse. «Μένει να δούμε ποια προσέγγιση θα αποφέρει καρπούς» σχολίασε.

Οι φυσικοί έχουν ήδη συγκρίνει υποατομικά σωματίδια (πρωτόνια και αντιπρωτόνια), αλλά το επόμενο πιο ουσιαστικό βήμα θα είναι η σύγκριση ολόκληρων ατόμων από τις δύο διαφορετικές μορφές ύλης. Το 1928 ο Βρετανός φυσικός Paul A.M. Dirac (1902-1984) διατύπωσε μια θεωρία για την κίνηση των ηλεκτρονίων σε ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία. Παρόμοιες θεωρίες είχαν διατυπωθεί και στο παρελθόν, αλλά οι εξισώσεις του Dirac εφαρμόζονταν τέλεια για την περιγραφή πολλών περιπτώσεων της κίνησης των ηλεκτρονίων που οι προηγούμενες εξισώσεις δεν τα κατάφερναν. Αλλά η θεωρία αυτή οδηγούσε επίσης σε μια πρόβλεψη-έκπληξη ότι το ηλεκτρόνιο έπρεπε να έχει ένα αντισωματίδιο με την ίδια ακριβώς μάζα , άλλο ένα θετικό ηλεκτρικό φορτίο (το αντίθετο του συνηθισμένου αρνητικού φορτίου του ηλεκτρονίου.) Το 1932 ο Carl Anderson παρατήρησε πειραματικά αυτό το καινούργιο σωματίδιο που ονομάστηκε ποζιτρόνιο. Αυτό είναι το πρώτο γνωστό παράδειγμα αντιύλης. Το 1955 παράχθηκε στον επιταχυντή Bevatron του Berkeley το αντιπρωτόνιο και το 1995 επιστήμονες με επικεφαλής της ομάδας των Γουόλτερ Ουέλερτ δημιούργησαν το πρώτο άτομο αντιυδρογόνου στον δακτύλιο χαμηλής ενέργειας αντιπρωτόνιων (LEAR) του CERN, με συνδυασμό ενός αντιπρωτονίου και ενός ποζιτρονίου. Αλλά όταν δημιουργούνται αυτά τα άτομα αντιυδρογόνου, ταξιδεύουν σχεδόν με την ταχύτητα του φωτός και δεν ζουν αρκετά. (Ο χρόνος ζωής τους είναι της τάξης των 40 νανοδευτερολέπτων.) 

Δύο χρόνια αργότερα τα πειράματα αναπαράχθηκαν στο Fermilab των ΗΠΑ. Οι εξισώσεις του Dirac πρόβλεπαν ότι όλα τα στοιχειώδη σωματίδια στη φύση πρέπει να έχουν αντίστοιχα αντισωματίδια. Σε κάθε περίπτωση οι μάζες του σωματιδίου και αντισωματιδίου είναι ίδιες και άλλες ιδιότητές τους είναι σχεδόν ίδιες. Αλλά σε όλες τις περιπτώσεις τα πρόσημα μερικών φυσικών μεγεθών τους είναι αντίθετα. Τα αντιπρωτόνια για παράδειγμα έχουν την ίδια μάζα με τα πρωτόνια αλλά αντίθετο ηλεκτρικό φορτίο. Από τον καιρό του Dirac εκατοντάδες τέτοια ζευγάρια σωματιδίων-αντισωματιδίων έχουν παρατηρηθεί. Ακόμη και σωματίδια που δεν έχουν ηλεκτρικό φορτίο, όπως είναι το νετρόνιο, έχουν αντισωματίδια. Αυτά έχουν κάποια άλλη ιδιότητά τους προσημασμένη (όπως είναι η μαγνητική ροπή) που μπορεί να πάρει αντίθετη τιμή στο αντισωματίδιο. Παρουσιάζει ενδιαφέρον το γεγονός ότι δεν υπάρχει ουσιαστική διαφορά στην αντιμετώπιση των σωματιδίων και των αντισωματιδίων στα πλαίσια της φυσικής θεωρίας. Είναι ισοδύναμα. Οι περισσότεροι θεωρητικοί πιστεύουν ότι τη στιγμή του Big Bang σωματίδια και αντισωματίδια γεννήθηκαν σε ίσους αριθμούς. Μπαίνει όμως ο προβληματισμός γιατί η αντιύλη είναι εξαιρετικά σπάνια. Μια υποθετική απάντηση καθώς η έρευνα συνεχίζεται είναι ότι αν στο Big Bang τα σωματίδια ήταν περισσότερα των αντισωματιδίων κατά 1 προς 100 εκατομμύρια τότε το παρόν Σύμπαν θα μπορούσε να εξηγηθεί με αυτά τα περισσευούμενα σωματίδια που δεν εξαφανίστηκαν συναντώντας κάποιο αντισωματίδιο. Άλλες θεωρίες προτείνουν ότι ακόμη και αν δημιουργήθηκαν αρχικά ίσοι αριθμοί σωματιδίων και αντισωματιδίων κατά το Big Bang η φυσική της ύλης και αντιύλης διαφέρουν ελαφρά. Αυτή η υποθετική διαφορά θα ευνοούσε την επικράτηση της ύλης αφού όλη η αντιύλη θα είχε στο μεταξύ εξαϋλωθεί. Αυτή λοιπόν είναι η αντιύλη. 

Πόσο σίγουροι όμως μπορούμε να είμαστε ότι δεν έχει απομείνει αντιύλη στο σύμπαν; 
Σύμφωνα με τον δρ. Charles Meegan αστροφυσικό στο διαστημικό κέντρο πτήσεων Marshall, κανένα από τα επιστημονικά όργανα μετρήσεων που διαθέτουμε δεν έχει εντοπίσει σημαντικές ποσότητες αντιύλης στο σύμπαν καθώς οι δορυφόροι παρατηρητήρια των ακτίνων γάμα έχουν κάνει μετρήσεις στις περιοχές του ουρανού όπου θα μπορούσαν να βρεθούν δείγματα αντιύλης. 

Υπάρχουν ενδείξεις ότι πολύ ενέργεια ελευθερώνεται σε αντιδράσεις που συμβαίνουν σε απομονωμένα σημεία στους πυρήνες μερικών γαλαξιών και κβάζαρς. Στις αντιδράσεις αυτές δημιουργείται αντιύλη η οποία στη συνέχεια αντιδρά με την ύλη και εξαφανίζονται αμοιβαία. Αλλά αυτή δεν λογαριάζεται ότι είναι αντιύλη που έχει απομείνει από το Big Bang. 

Πάνω στη γη, όλη η αντιύλη που υπάρχει, βρίσκεται σε μεμονωμένα άτομα.  Οι αστρονόμοι  όμως   έχουν ανακαλύψει ενδείξεις αντιύλης, κοντά στο κέντρο του δικού μας γαλαξία, αφού παρατήρησαν φωτόνια ενέργειας 511Kev, που ανιχνεύτηκαν από το παρατηρητήριο Comton για ακτίνες γάμα, της NASA. Η φωτονική  ενέργεια αυτού  του  τύπου  εκλύεται,  όταν η  ύλη  και  η  αντιύλη συγκρούονται και αλληλοεξαφανίζονται  (εξαύλωση  υψηλής  ενεργείας).

  

Μια παγίδα Penning ελέγχθηκε στο πανεπιστήμιο της Pennsylvania.  Οι παγίδες Penning χρησιμοποιούν ένα συνδυασμό χαμηλών θερμοκρασιών και ηλεκτρομαγνητικών πεδίων για να αποθηκεύσουν την αντιύλη.  Αν και οι παγίδες αυτές μπορούν να αποθηκεύσουν απειροελάχιστες μόνο ποσότητες, θα βοηθήσουν στην ανάπτυξη των απαραίτητων τεχνολογιών για την υλοποίηση προχωρημένων ιδεών προωθητικών μηχανών.

Μια διαπλανητική συσκευή ρομπότ, όπως την φαντάστηκε ένας καλλιτέχνης, προωθούμενη με αντιύλη, καθώς περνάει κοντά από πλανήτες ενός φανταστικού ηλιακού συστήματος. Ο πίνακας ανήκει στο Εργαστήριο Επιστήμης Ενεργητικών Σωματιδίων του πολιτειακού πανεπιστημίου της Pennsylvania.

  

Διαβάστε  και  τα  άρθρα:

 1.    Η ΤΕΤΑΡΤΗ ΔΙΑΣΤΑΣΗ 

 2.   Η ΑΝΤΙΒΑΡΥΤΗΤΑ, Η ΥΠΕΡΒΑΡΥΤΗΤΑ ΚΑΙ ΟΙ ΑΝΩΤΕΡΕΣ  ΔΙΑΣΤΑΣΕΙΣ.

 3.     Η ΖΩΗ ΣΤΗΝ ΓΗ, Η ΝΟΗΣΗ ΚΑΙ ΟΙ ΕΞΩΓΗΙΝΟΙ 

 4.    ΤΑ ΔΕΚΑ ΜΥΣΤΗΡΙΑ ΤΟΥ ΧΩΡΟΧΡΟΝΟΥ

  5.    ΒΡΕΘΗΚΕ ΝΕΑ ΓΗ ΣΕ ΑΠΟΣΤΑΣΗ 40 ΕΤΩΝ ΦΩΤΟΣ. ΕΤΟΙΜΗ ΝΑ ΦΙΛΟΞΕΝΗΣΕΙ ΑΝΘΡΩΠΟΥΣ.

 6.  ΠΛΑΝΗΤΗΣ Ι ΔΡΑΚΟΝΤΟΣ Β΄ ΟΝΟΜΑΣΤΗΚΕ ΥΠΑΤΙΑ

   

ΖΗΝΩΝ  ΠΑΠΑΖΑΧΟΣ