1. Antymateria jest wśród nas
Antymateria nie jest wcale bytem fikcyjnym czy choćby odległym od nas. „Przeciwieństwa” elektronów – pozytony – oraz kwarków – antykwarki – bez przerwy powstają zarówno nad, jak i pod nami. Czy chcemy, czy nie, antymateria nas otacza.
W atmosferze, na wysokości około 15 kilometrów, antycząstki tworzą się w wyniku ciągłego ostrzału jąder atomów gazu przez promieniowanie kosmiczne. Jądra trafione takim wysokoenergetycznym kosmicznym pociskiem rozpadają się, tworząc czasami mezony, czyli cząstki złożone z kwarków i antykwarków. Choć nie żyją one zbyt długo, bo zaledwie od 10–17 do 10–8 sekundy, to czasami udaje im się dolecieć do powierzchni Ziemi. Dzieje się tak, ponieważ mezony poruszają się bardzo szybko, z prędkością zbliżoną do prędkości światła. A jak wiadomo, dla obiektów tak pędzących czas płynie znacznie wolniej niż dla nas. Sprawia to, że „wewnętrzny zegar” mezonu tyka bardzo wolno i cząstka zdąży pokonać te kilkanaście kilometrów, zanim anihiluje.

Antymateria rodzi się także pod naszymi stopami. W skorupie ziemskiej sporo jest pierwiastków radioaktywnych, a niektóre rodzaje rozpadów promieniotwórczych prowadzą do powstawania antyelektronów, czyli pozytonów.
Antycząstki różnią się od swoich materialnych partnerów wszystkimi tak zwanymi liczbami kwantowymi – ładunkiem, dziwnością czy izospinem.

2. Cenniejsza niż złoto
Antymateria jest cenna. Bardzo cenna. Jakieś kilkaset bilionów razy cenniejsza od złota. Wszystko dlatego, że jej wytwarzanie wymaga potężnych konstrukcji wykorzystujących ogromne ilości energii potrzebne do rozpędzania i zderzania cząstek zwykłej materii do gigantycznych prędkości, a potem wyłapywania nielicznych powstających kawałków antymaterialnych.
Szacuje się, że wytworzenie grama antymaterii to koszt rzędu biliardów dolarów. Co więcej, nie zapowiada się tu nagły spadek cen. Choć od kiedy w 1955 roku udało się wytworzyć pierwszą antycząstkę – antyproton – ilość wytwarzanej antymaterii co roku rośnie w tempie geometrycznym, to nadal jesteśmy na etapie wytwarzania ledwie kilku nanogramów (10–9 g) antymaterii rocznie. Jeśli więc odziedziczyłeś choć odrobinę mezonów czy pozytonów, trzymaj je – to doskonała lokata pieniędzy.

3. Nie zawsze niebezpieczna
W filmach i książkach antymateria przedstawiana jest jako idealny materiał wybuchowy. Faktycznie – lepszego materiału nie sposób znaleźć, bo podczas zetknięcia antymaterii z materią następuje anihilacja, czyli zamiana masy w energię. Ilość tej energii łatwo obliczyć z popularnego i lubianego wzoru E=mc2, czyli energia równa się masie pomnożonej przez prędkość światła podniesioną do kwadratu. Jako że prędkość światła jest niemała, energia również wyjdzie nam całkiem spora. Kilogram materii zmieszany z kilogramem antymaterii da jej tyle, ile wybuch 47 milionów ton trotylu.

Jednak nie zawsze antymateria jest tak niebezpieczna. Właściwie tylko niektóre jej rodzaje mogłyby narobić zamieszania w naszym świecie. Każda cząstka materii ma bowiem swój antymaterialny odpowiednik i tylko w spotkaniu z nim może ulec anihilacji. Cały nasz świat składa się w większości z zaledwie kilku rodzajów cząstek – protonów, neutronów, elektronów i fotonów. By nastąpiła anihilacja, proton, neutron lub elektron muszą trafić na swoje przeciwieństwo. Nie dotyczy to fotonu, który – jakkolwiek dziwacznie to brzmi – jest sam dla siebie antycząstką i żadne anihilacje go nie interesują.

Tymczasem wszystkie fragmenty antymaterii, które nie są antypartnerami naszych cząstek, mogłyby sobie istnieć bez żadnego ryzyka anihilacji.

4. Uczestniczy w leczeniu
Choć trudno to sobie wyobrazić, antymateria wykorzystywana jest w jednej z najnowocześniejszych technik diagnostycznych. To pozytonowa emisyjna tomografia komputerowa zwana w skrócie PET. Pozwala ona śledzić działanie poszczególnych organów w ciele człowieka.

By przeprowadzić PET, w pobliże badanego organu podaje się substancję zawierającą promieniotwórczy pierwiastek o krótkim czasie półrozpadu. Musi być on dobrany tak, by ulegał rozpadowi typu beta plus, którego efektem jest emisja pozytonów, czyli antyelektronów. Pozytony żyją tylko przez krótki moment i po przebyciu najwyżej kilku milimetrów trafiają na elektron i ulegają anihilacji. W tym momencie powstają dwa fotony, które zawsze lecą w dwóch dokładnie przeciwnych kierunkach. Trafiają one do umieszczonych wokół ciała badanego detektorów, które odnotowują dokładnie czasy dotarcia każdej pary fotonów. Porównując te czasy, komputer oblicza, w którym miejscu nastąpiła anihilacja, i na tej podstawie tworzy obraz pokazujący rozkład podanego izotopu wewnątrz ciała.

Lekarzom daje to mnóstwo informacji, bo tkanki różnie metabolizują substancje – zależnie od tego, w jakim stanie się znajdują. Obserwując oznakowany radioaktywnym fluorem odpowiednik glukozy – fluorodeoksyglukozę – można na przykład wykryć ogniska nowotworowe czy śledzić działanie układu nerwowego. Dawki promieniowania pochodzące z podanego izotopu są bardzo małe i nie przekraczają tych, jakie otrzymuje się podczas badania rentgenowskiego. Obecnie w Polsce wykonuje się co roku około 15 tysięcy badań PET.
Ale diagnostyka to niejedyne zastosowanie antymaterii w medycynie. Od sześciu lat w ośrodku CERN prowadzone są badania zwane Antiproton Cell Experiment. Ich celem jest wykorzystanie precyzyjnie skierowanej wiązki antyprotonów do niszczenia nowotworów. Okazuje się, że antyprotony działają skuteczniej niż wiązka zwykłej materii, dzięki czemu można używać ich znacznie mniej, ograniczając w ten sposób uszkodzenia zdrowych tkanek.

5. Kiedyś to dopiero była antymateria!
Dzisiejszy Wszechświat zawiera ledwie smętne resztki antymaterii. Trzeba jednak pamiętać, że całkiem niedawno, jakieś 13,7 miliarda lat temu, antymateria była niemal tak powszechna jak materia. Fakt, nie trwało to długo, bo tylko 15 sekund.
W chwilę po Wielkim Wybuchu Wszechświat wypełniony był samym promieniowaniem. Natychmiast jego kwanty zaczęły przekształcać się w pary cząstek i antycząstek. Gdy tylko temperatura nieco spadła, rozpoczęła się wielka anihilacja – pary znikały, zamieniając się znowu w promieniowanie. Gdyby wszystko przebiegło w całkowitym porządku, dziś nie byłoby niczego poza czystym promieniowaniem, bo cała materia w ciągu pierwszych 15 sekund istnienia Wszechświata zmieniłaby się w energię.

Nastąpiło jednak coś zupełnie dziwacznego – oto mniej więcej jedna na miliard cząstek materii nie miała swojej antymaterialnej pary. Gdy inne radośnie anihilowały, ta pozostała samotna i smutna. Na koniec wielkiej anihilacji zostało więc mnóstwo energii i jedna miliardowa wcześniejszej materii. Spójrz teraz na swoją rękę. To właśnie część tej jednej miliardowej. To z niej składa się cały Wszechświat.
Dlaczego tak się stało? To jedna z największych zagadek fizyki. Być może odrobinę zbliżymy się do niej, gdy ruszy ponownie uszkodzony Wielki Zderzacz Hadronów – największe tego typu urządzenie świata zbudowane w CERN. Jeden z eksperymentów, które mają być dzięki niemu prowadzone, nazwany LHCb, został opracowany po to, by rejestrować różnice między materią a antymaterią.

6. Wciąż jej za mało
Antymateria ma ogromny potencjał energetyczny. Byłaby doskonałym paliwem. Dosłownie doskonałym, bo przetwarzającym całą masę w energię. Jej efektywność byłaby 10 miliardów razy wyższa niż efektywność benzyny. Szacuje się, że jedna milionowa grama wystarczyłaby do zasilenia trwającej rok podróży na Marsa.

Wszystko pięknie, ale wciąż nie umiemy wytwarzać antymaterii inaczej, jak mozolnie strzelając w siebie rozpędzonymi do ogromnych prędkości atomami. Takie antymaterialne fabryki są okropnie drogie i rozpaczliwie mało efektywne. Gdyby tak zebrać i zanihilować całą antymaterię wytworzoną dotąd w największej antyfabryce – CERN, energii wystarczyłoby do zasilenia jednej żarówki przez ledwie kilka minut.

Na dodatek to, co wytworzyliśmy, trudno przechowywać. Wykorzystuje się do tego tak zwane pułapki Penninga, urządzenia wytwarzające silne i odpowiednio ukształtowane pole elektryczne i magnetyczne, w którym można uwięzić antycząstki. Problem w tym, że mieści się ich tam mało, bo przy zbyt dużym tłoku zaczynają się od siebie coraz mocniej odpychać i wreszcie uciekają. W tej chwili radzimy sobie z przetrzymaniem ledwie przez parę godzin nie więcej niż 1012 antycząstek, czyli ledwie pikogramów, bilionowych części grama.

(przekroj.pl)