75 godina od otkrića antimaterije

Svako od nas je čuo za antimateriju. Takođe se zna da u susretu materije i antimaterije u anihilaciji (poništavanju) nestaju iste količine materije i antimaterije i pretvaraju se u energiju: u gama zrake, odnosno svetlost. Većina znanja koje posedujemo je, međutim, potekla od pisaca naučno fantastičnih romana.

Svi smo ponekad maštali o međugalaktičkim kosmičkim brodovima koje brzinom većom od svetlosti pokreće antimaterija. Zabavni su i roboti i androidi (njima samo smisao za humor fali pa da postanu ljudi) sa svojim pozitronskim mozgovima. Logično je da ako naše kompjutere pokreće elektronika i elektronski mozak onda će antičestice pozitroni da omoguće mnogo veću sposobnost razmišljanja i računanja.

U najnovijem romanu «Anđeli i demoni» Dena Brauna (autora "Da Vinčijevog koda") grupa terorista krade iz laboratorije CERN u Švajcarskoj (jedinog mesta na planeti gde antimaterija živi duže od milionitih delova sekunde) dovoljno antimaterije da uništi velike gradove i koristi to da uceni čovečanstvo. A koliko im je to potrebno antimaterije da zaista zaprete čovečanstvu? Da budemo precizni, jedan gram antimaterije (kad bi mogli da je čuvamo u nekom termosu) kada se udruži sa jednim gramom materije oslobodi energiju jednaku jačini dve “male” atomske bombe, poput onih koje su bačene na Hirošimu.

Međutim, na našu žalost, ne postoji rudnik u kome se antimaterija može tek tako iskopati (uh, da nam je to za energiju ne bi bilo nikakvih problema). Antimateriju moramo da proizvodimo, i to tako što sakupljamo čestice koje proizvode neki radioaktivni izotopi. Brzina kojom danas sakupljamo antimateriju u dve velike laboratorije CERN i FERMILAB je takva da bi nam bilo potrebno više milijardi godina da pribavimo taj magiči gram koji je teroristima tako interestantan. To je otprilike taman toliko vremena koliko postoji planeta Zemlja. Dakle, možete se opustiti. Iako kroz naše telo svake sekunde proleti bar poneka čestica antimaterije, mogućnost terorističkog napada antmaterijom ne postoji.

Realnost antimaterije

Postojanje pozitrona je pet godina pre njegovog eksperimentlnog otkrića predvideo Pol Dirak. On je razvio relativistički oblik jednačina kvantne mehanike i kao jedno jako čudno matematičko rešenje ovih jednačina dobio je pozitivni elektron. Zanimljivo je da Pol Anderson u svom radu nigde ne spominje Dirakova predviđanja iako vrlo direktno govori o antimateriji kao da mu je cela priča dobro poznata.

Pozitroni i cela antimaterija su iznikli iz čudne matematike koju bi većina specijalista odbacila kao neprirodnu i do tada nikome nisu padali napamet, ovo je zaista bilo OTKRIĆE. A eksperiment je dokazao da je priroda ponekad čudnovatija od najčudnijih jednačina kojima je naučnici opisuju.

Antiproton, odnosno negativni proton, je otkriven 22 godine kasnije (tu se čak 4 godine čekalo na Nobelovu nagradu). Od ove dve lego kocke antimaterije je 1995. godine načinjen prvi atom antimaterije: anti-vodonik. Mnogo je lakše, još 1951 godine, bilo opaziti pozitronijum, duet koji se sastoji od jednog elektrona i jednog pozitrona koji tako udruženi u nesvakidašnji atom kao da malo zaigraju polku pre nego što nestanu u eksploziji gama zraka. Prošle godine opaženi su čak i molekuli pozitronijuma koji se sastoji od dva atoma pozitronijuma.

Ova mutna fotografija je zapravo otkriæe antimaterije

Umesto razmišljanja od letenju brzinom svetlosti i terorističkim napadima naučnike danas interesuju neka druga pitanja. Jedno od tih pitanja je i zašto antimaterije ima ovako malo.

Pri formiranju kosmosa trebalo je da su nastale velike količine materije i antimaterije ali iz razloga koji nije sasvim jasan danas postoji pretežno materija dok antimaterija koju poznajemo nastaje u nuklearnim reakcijama i ima je vrlo malo. Nada da tamo negde postoje antigalaksije, svetovi sačinjeni od antimaterije, je možda jedno od objašnjenja...

Drugo pitanje je kako da primenimo ovo malo antimaterije koja nam stoji na raspolaganju. Za samo 75 godina pozitroni su iz domena kosmičkih zraka i nauke o radioaktivnosti dospeli u svet primena koje su veoma široke s obzirom na jako, jako mali broj pozitrona.

Najbitnija primena pozitrona je svakako u detekciji tumora. U tumorima je pojačan metabolizam pa samim tim i potrošnja određenih šećera. Kada se šećeri obeleže radioaktivnim izotopima i ubrizgaju pacijentu oni će pojuriti na mesto pojačane aktivnosti. Ovako obeleženi šećeri mogu lako da se detektuju jer će emitovani pozitroni anhilirati i emitovati gama zrake. Na ovaj način mogu se pratiti i funkcije mozga i drugih unutrašnjih organa. Pored medicine važna primena pozitrona je u ispitivanju osobina materijala jer pozitroni mogu da prodru duboko u unutrašnjost čak i čvrstih materijala.

Antimaterija u Srbiji

U većini primena pa i u primenama u medicini važno je kako slobodni pozitroni interaguju sa materijom, sa atomima i molekulima gasa i materije oko sebe. U Beogradu je pre kraćeg vremena organizovan mini skup vezan za transport pozitrona kroz gasove uz učešće gostiju iz (Stephen Buckman i Ronald White) Australije i (Joan Marler) SAD. Naši sručnjaci iz Laboratorije za Gasnu elektroniku, u Institutu za fiziku, su se uključili u front istraživanja koji predvode grupe u San Dijegu i u Kamberi u Australiji (gde je prof. Buckman osnovao veliki centar za antimateriju i materiju).

Naši istraživači su omogućili da se podaci o verovatnoćama rasejanja koji se dobijaju u eksperimentima u ova dva centra primene za modelovanje ponašanja pozitrona u gasovima pa i u živoj materiji. Ovakvi proračuni su, u medicini, osnova za procenu kolike doze se mogu uneti u pacijente i gde će se i kako zračenje deponovati. Zajednički rad ovih grupa je pokušaj da se ovakvi proračuni ubuće rade na osnovu detaljnih modernih rezultata atomske fizike i transportne teorije koji su postignuti poslednjih godina u svetu.

Ali nauka je još uvek daleko od toga da odgovori na ključna pitanja o antimateriji. To je priznao i Stiven Bakman na predavanju tokom Festivala nauke u Beogradu gde je na legitimno pitanje kako funkcionišu pozitronski mozgovi odgovorio da nema pojma. Ipak, naučnici su uspeli da od nečega što se smatralo domenom naučne fantastike naprave jednu od najkorisnijih dijagnostičkih tehnika u medicini. Naši naučnici su uključeni u front istraživanja u toj oblasti i nadamo se da će se naći nove ideje za primenu pozitrona.

Da sve dobija pomalo čudan obrt govori i činjenica da su naši stručnjaci baš ovih dana dobili novo izdanje koda od Dena Brauna. Ovaj novi kod je formirao Džonatan Tenison, čukununuk lorda Tenisona, najčuvenijeg Engleskog pesnika. Ipak, ne radi se o Denu Braunu koji je napisao "Da Vinčijev kod", već o doktorantu Denu Braunu koji kod svog mentora Tenisona radi na novoj tehnici opisa osobina elektrona i pozitrona. Ipak, priznaćete da je slučajnost začuđujuća... A da li je slučajnost?