W CERN wystrzeliły korki szampana. Sukces pierwszego transportu antymaterii

Antymateria to jak gdyby lustrzane odbicie zwykłej materii barionowej o przeciwnym ładunku i właściwościach magnetycznych. Jest to nie tylko najdroższa substancja świata, ale również niezwykle trudna do okiełznania. Gdy obie formy materii się spotykają, dochodzi do ich natychmiastowej anihilacji i przemiany w czystą energię. Ta wybuchowa właściwość sprawia, że magazynowanie i przenoszenie antycząstek stanowi ogromne wyzwanie technologiczne i logistyczne. Jednak we wtorek 24 marca udało się mu sprostać.

Zgodnie z zapowiedzią zespół fizyków z Europejskiej Organizacji Badań Jądrowych CERN dokonał historycznego wyczynu, przewożąc 92 antyprotony w specjalnie zaprojektowanej pułapce wykorzystującej pola magnetyczne. Pojemnik zamontowano na pace ciężarówki z napisem "Antymateria w ruchu", która wyruszyła w 30-minutową podróż po terenie laboratorium pod Genewą, pokonując dystans ponad 8 km z maksymalną prędkością 42 km/h.

Wydarzenie to wzbudziło ogromne emocje wśród pracowników ośrodka, którzy licznie zgromadzili się, by uwiecznić przejazd swoimi telefonami. "To coś, czego ludzkość nigdy wcześniej nie zrobiła, to historyczne [wydarzenie]" - podsumował Stefan Ulmer, fizyk z Uniwersytetu Heinricha Heinego w Düsseldorfie (HHU) i członek zespołu nadzorującego projekt BASE-STEP (Baryon Antibaryon Symmetry Experiment - Short-Term Efficient Transport), cytowany przez czasopismo "Nature".

"Kupiliśmy mnóstwo szampana i zaprosiliśmy całą społeczność od antymaterii, by świętowała dziś z nami" - dodaje fizyk. Wydarzenie istotnie ma rangę historyczną. "Fabryka Antymaterii" w CERN została utworzona ponad 30 lat temu, zaś o możliwości transportowania antycząstek fizycy marzyli od dawna. "Teraz to wreszcie możliwe" - cieszy się lider projektu, Christian Smorra z HHU.

Po co właściwie wywozić antycząstki poza ośrodek, w którym są one wytwarzane? Okazuje się, że choć CERN ma najlepsze warunki do ich produkcji (a w zasadzie to odzysku), to już niekoniecznie sprzyjają one jej badaniom - a przynajmniej nie w stopniu precyzji, na jaki liczą fizycy. Transport antycząstek ma umożliwić ich badanie w miejscach wolnych od szumu eksperymentalnego, który w samej fabryce antymaterii utrudnia precyzyjne pomiary.

Przeniesienie antyprotonów do spokojniejszego otoczenia może zwiększyć dokładność badań ich masy od 10 do nawet 1000 razy. Jednym z takich miejsc jest wspomniany HHU w Niemczech, ale teoretycznie można będzie przewozić antymaterię również do innych europejskich ośrodków badawczych.

Badania antymaterii służyć mają m.in. wyjaśnieniu, dlaczego kosmos wygląda właśnie tak, jak wygląda. To dość zasadnicze pytanie w świetle teorii, że w czasie Wielkiego Wybuchu materia i antymateria powstały w równych ilościach, a obecnie ta pierwsza dominuje nad drugą. Ta kosmiczna nierównowaga nie daje fizykom spać. Bardzo możliwe, że precyzyjne badania nad antymaterią i różnicami w jej zachowaniu względem materii barionowej pozwolą w końcu rozwikłać tę kosmiczną zagadkę.

Co dalej? Kolejne etapy projektu BASE-STEP przewidują eksperymenty z przenoszeniem antyprotonów do innych pułapek wewnątrz ośrodka CERN. Docelowo, około 2029 r., zespół planuje przetransportować cenny ładunek na odległość 700 km do nowego laboratorium w Düsseldorfie. Naukowcy wierzą, że planowane badania dostarczą kluczowych wskazówek do rozwiązania wspomnianej zagadki związanej z niesymetrycznym rozkładem materii i antymaterii w kosmosie.

Jak wygląda tworzenie antymaterii w CERN? Proces ten polega na zderzaniu wiązek protonów (jąder wodoru) z gęstym metalem (tarczą irydową) w akceleratorach, a następnie pułapkowaniu i spowalnianiu powstałych antyprotonów za pomocą pól elektrycznych i magnetycznych. Aby umożliwić transport, naukowcy musieli opracować mobilną pułapkę, w której cząstki nigdy nie dotykają ścianek naczynia. Wymagało to zastosowania nadprzewodzącego systemu magnetycznego oraz kriogeniki, by schłodzić urządzenie do temperatury 4 kelwinów (-269 °C). W pojemniku musiała zostać wytworzona niemal idealna próżnia, a ponadto aparatura musiała zostać zabezpieczona przed wstrząsami podczas jazdy.

Czy antymateria jest niebezpieczna? To zależy od jej ilości. Anihilacja zaledwie jednego grama tej substancji mogłaby wyzwolić energię porównywalną z wybuchem bomby atomowej. Stefan Ulmer uspokaja, że przy obecnym tempie produkcji w CERN zebranie takiej ilości antymaterii zajęłoby 10 razy więcej czasu, niż wynosi wiek wszechświata. Na ciężarówkę załadowano zaledwie ok. miliarda bilionowej części grama antyprotonów. Nie było zatem istotnego zagrożenia, a ciężarówka nie potrzebowała nawet specjalnych oznaczeń jak podczas przewozu materiałów radioaktywnych.

Wiele osób zastanawia się też, ile kosztuje antymateria. Uchodzi ona za najdroższą substancję na świecie. Według wyliczeń NASA szacunkowy koszt wytworzenia 1 grama antymaterii wynosi 62,5 biliona dolarów. Z kolei eksperci z CERN wspominali nawet o sumach rzędu kwadrylionów dolarów - biorąc pod uwagę koszty utrzymania akceleratorów.

A jak wygląda antymateria? Zdaniem ekspertów wygląda ona identycznie jak zwykła materia, z którą spotykamy się na co dzień. Odbija ona promieniowanie elektromagnetyczne w zakresie światła widzialnego, więc dla naszego oka jej większe skupiska wydawałyby się zupełnie normalne. Rzecz w tym, że nigdy nie mieliśmy do czynienia z jej większymi ilościami. Każda interakcja antymaterii ze zwykłą materią kończy się anihilacją, która przy większych ilościach niż mikroskopijne kończy się potężnym wybuchem.

Wiele osób zastanawia się też, gdzie jest antymateria. Jak niedawno wspominaliśmy, w bardzo małej ilości znajduje się ona choćby w... bananach. Zawarty w nich izotop potasu-40 ulega rozpadowi, emitując pozytony (antyelektrony), które ulegają natychmiastowej anihilacji w kontakcie ze zwykłą materią. Skala tego zjawiska jest jednak tak niewielka, że proces ten pozostaje całkowicie bezpieczny dla zdrowia człowieka. Swoją drogą nasz organizm również zawiera śladowe ilości tego lekko promieniotwórczego izotopu. Szacuje się, że dorosły człowiek emituje ok. 3 pozytony na minutę. Ulegają one natychmiastowej anihilacji z cząstkami zwykłej materii w naszych tkankach.

Antycząstki powstają też w wyniku zderzeń protonów z kosmosu z cząsteczkami gazu w górnych warstwach ziemskiej atmosfery, a także w wyniku rozbłysków gamma podczas burzy. Ponadto obserwacje astronomiczne sugerują, że w centrum naszej galaktyki, Drogi Mlecznej, znajduje się ogromna chmura antymaterii. Antycząstki wykorzystywane są też w medycynie. Pozytonowa Tomografia Emisyjna (PET) polega na podaniu pacjentowi radioizotopu, który podczas rozpadu emituje pozytony, a ich anihilacja umożliwia precyzyjne obrazowanie pracy mózgu czy nowotworów.

Źródła:

1. Gibney E. Antimatter has been transported for the first time ever - in the back of CERN's truck. Nature (News, 2026). doi: 10.1038/d41586-026-00950-w
2. CERN. BASE experiment at CERN succeeds in transporting antimatter (komunikat prasowy, 2026).