Fysikerna jagar försvunnen antimateria

Publicerad 2002-11-29 21:30

  • Skriv ut
  • Öka textstorlekMinska textstorlek
  • Rätta artikeln

Den röda, glänsande bilen står där inne i bilhallen. Den är svindyr. Men det är en engångskostnad. När bilen väl är betald är det bara att svischa i väg ut på motorvägen.

Aldrig behöver man svänga in på macken och tanka. Bilen går på vatten. På ett finurligt sätt kan motorn utnyttja all den energi som finns lagrad i vattnet. Allt enligt Einsteins berömda formel E = mc2 som säger att massa är en mycket koncentrerad form av energi.

Idén med att utnyttja all energi som finns i lagrad materia är inte speciellt ny. Trekkies runt om i världen är väl förtrogna med hur rymdskeppet "Enterprise" i science fiction-serien "Star Trek" tar sig fram i ett krökt universum. Med hjälp av energi från materia som förintas kan besättningen på "Enterprise" ta sig med ljusets hastighet från en galax till en annan.

I normala fall kan inte materia förintas. Elektroner och protoner som bygger upp all materia är odödliga. Människor, växter, mineraler och allt annat här på jorden och i universum är uppbyggda av partiklar, som skapades vid den stora smällen för femton miljarder år sedan. Men hälften av det som skapades vid universums födelse är puts väck.

Ögonblicken efter den stora smällen var de mest händelserika i universums historia. Det var miljarder och åter miljarder grader varmt, många gånger varmare än vad det är i solens inre i dag. Det var så varmt att energin från värmen räckte till för att skapa all den materia som finns i universum i dag.

Men alltid när materia skapas, bildas också antimateria. Till varje elektron som skapades, bildades också en antielektron. Och till varje proton bildades en antiproton. Så fort elektronen och antielektronen hade bildats förintade de varandra. Och på samma sätt förintade protonerna och antiprotonerna varandra. Kvar blev strålning.

Men på något sätt vann materian över antimaterian. Antimaterian försvann spårlöst.

Materian började bilda tyngre ämnen och klumpa ihop sig till grus, planeter och stjärnor. Och nu femton miljarder år efter universums födelse börjar människan fundera på mysteriet med den försvunna antimaterian. Det finns två teorier: antingen blev antimaterian verkligen förintad efter den stora smällen. Eller så har materia och antimateria separerats på något sätt. I så fall borde antimaterian gå att finna.

Mark Pearce, docent vid Kungliga tekniska högskolan i Stockholm, vill gärna hitta antimateria i rymden. I slutet av nästa år skjuts en rysk satellit upp från Bajkonur i Kazakstan. Med på satelliten kommer det att finnas ett antal instrument som ska mäta hur mycket antimateria det finns i rymden.

- Vi vet att vi kommer att hitta antiprotoner och antielektroner. Om vi hittar tyngre antimateria som till exempel antihelium måste det vara en rest från Big Bang, säger Mark Pearce.

Antiprotoner och antielektroner behöver däremot inte vara någon rest från den stora smällen. De bildas naturligt när strålning med hög energi kolliderar med vätgas. Men kosmisk strålning kan inte skapa så tung antimateria som antihelium.

I tre år kommer satelliten med mätinstrumenten att cirkulera i en elliptisk bana runt jordklotet. Om Mark Pearce och hans kolleger lyckas hitta antihelium måste teorierna om vad som hände under universums barndom skrivas om.

Men det är inte bara den stora smällen och den kosmiska strålningen som kan producera antimateria. Forskare har lyckats tillverka antimateria på jorden. Läkare använder till och med antipartiklar i medicinska undersökningar. Antimateria har gjort underverk för hjärnforskningen. Med hjälp av positroner, ett annat namn för antielektroner, kan läkare upptäcka Parkinsons sjukdom på ett tidigt stadium.

Metoden kallas PET och förkortningen står för positronemissionstomografi. Tekniken går ut på att antielektroner och elektroner förintar varandra. Läkaren injicerar ett radioaktivt ämne i patienten. Ämnet sänder ut antielektroner. Så fort de kommer ut i kroppen förintas de tillsammans med kroppens egna elektroner. Kvar blir strålning som fångas upp av ett mätinstrument.

Den engelske fysikern Paul Dirac var den förste som förstod att varje partikel också har en antipartikel. Antipartikeln har precis samma egenskaper som partikeln. Enda skillnaden är den motsatta elektriska laddningen. Antielektronen väger lika mycket som elektronen men har en positiv laddning precis som protonen.

Diracs teoretiska förutsägelser om antimateria visade sig stämma. Fyra år efter Diracs matematiska bevis upptäckte den amerikanske fysikern Carl Anderson 1932 att det finns antipartiklar i den strålning som når jorden från rymden.

I många år var den kosmiska strålningen den enda antipartikelkällan. Men så uppfanns acceleratorerna. I gigantiska ringar under jorden accelererades protoner till nära ljusets hastighet. När protoner med hög hastighet kolliderar med varandra bildas en ny proton och antiproton. På samma sätt kunde forskarna så småningom framställa antielektroner.

Men forskarna nöjde sig inte med att framställa partiklar. De ville tillverka antiatomer.

- Vi vill se om materia och antimateria lyder samma naturlagar, säger Jeffrey Hangst.

Jeffrey Hangst är professor i fysik vid Århus universitet i Danmark. Han leder en forskargrupp som i somras lyckades tillverka motsatsen till grundämnet väte - antiväte. I stället för en proton och en elektron består antivätet av en antiproton och en antielektron.

Redan 1995 tillverkade forskare vid både Cern i Schweiz och Fermi National Accelerator Laboratory i USA små mängder antiväte. Problemet var att antiatomerna förintades innan forskarna hann studera dem närmare.

Jeffrey Hangst och hans forskargrupp för en förtvivlad kamp mot amerikanen Gerald Gabrielses grupp. Jeffrey Hangst vann med nöd och näppe tävlingen om att först tillverka långsamt antiväte. Långsamma antiväteatomer kolliderar inte lika snabbt med materia. Då hinner forskarna studera antivätet innan det förintas.

Hangsts och Gabrielses grupper är grannar på Cern. Men något större samarbete mellan de två grupperna är det inte tal om. Både Jeffrey Hangst och Gerald Gabrielse är extremt tävlingsinriktade forskare och nära nog fiender. Gerald Gabrielse är en fysikens Muhammad Ali, berättar en forskare som är bekant med honom. Lättpratad, kaxig och bufflig.

Länge såg det ut som Gerald Gabrielse skulle vinna men han stupade på mållinjen och Hangst hann först. I september i år publicerade Hangst en artikel i tidskriften Nature där han rapporterade om att han producerat 50.000 atomer av antiväte. En månad senare publicerade Gabrielse sina resultat.

- Klart vi blev besvikna när vi inte hann först. Men våra resultat är bättre. Vi såg fler antiatomer på en timme än vad man någonsin har sett förut, säger Gerald Gabrielse.

Nu när båda grupperna har antiväte i sin magnetfälla på Cern kommer de att jobba hårt för att först kunna förklara antivätets inre hemligheter. De ska sända in ljus i antiväteatomerna och studera hur det ljus som kommer ut ser ut. Sedan kommer de att jämföra detta ljus med väteatomens utsända ljus.

- Våra teorier säger att ljuset från väte och antiväte borde se likadant ut, säger Jeffrey Hangst.

Om det tvärtom visar sig att antiväte och väte är olika, kan skillnaden förklara varför det inte finns lika mycket antimateria som materia i universum. Då kommer forskarna att vara närmare en lösning på universums gåta. Men idén med en bil som går på antimateria är än så länge bara en önskedröm. Antiväte kommer knappast att vara en lösning på framtidens energiproblem. - Det behövs mer energi för att tillverka antipartiklar än vad man får ut från dem. Antipartiklar är inte precis någon effektiv energikälla, säger Jeffrey Hangst.

(Vad ar Twingly?)

Visar 1-10 (av totalt 1).

Mer från förstasidan

Foto: Scanpix 32 km nordöst om Qom byggs en anläggning.

”Iran kan anfallas av Israel redan i år”

Spänningen fortsätter stiga. Risken att Israel attackerar Iran i år har ökat, menar Jan Hallenberg. ”Det är ett nervkrig”, säger Katarina Engberg.

Krigshot får världen att hålla andan. Tröskeln för ett utbrott sänkt.

Stor fängelsebrand – hundratals döda

Fångarna ska själva ha startat branden. Fler än 350 personer tros ha omkommit i den våldsam branden som ska ha startat under ett upplopp.

Foto: Scanpix Tåget, av modellen "Flirt".

Norskt miljardtåg spårade ur

Flera skadades. Flera personer skadades, en allvarligt, när ett tåg spårade ur mellan Nykirke och Holmestrand söder om Oslo.