În ultimele două articole am discutat despre antimaterie. Am arătat cum în mod surprinzător, în 1932, ea fost descoperită experimental în radiaţii cosmice, sub forma unui electron de aceeaşi masă cu electronul obişnuit, dar cu sarcină electrică de semn opus. Am arătat cum în 1928 a apărut o teorie care a prezis antimateria, fără însă ca autorul ei să îşi fi dat seama. Am arătat, de asemenea, evoluţia teoriilor fizice de la 1865 (teoria electromagnetică) la 1925 (teoria cuantică) pentru a explica electricitatea, magnetismul şi lumina. În acest articol vom continua expunerea.

Întâi, să ne mai întoarcem puţin în timp faţă de anul 1925, cel al teoriei cuantice. În 1922, doi fizicieni germani, Stern şi Gerlach, au realizat un experiment prin care au arătat că electronul se comportă ca un… mic magnet! Se ştia deja că atunci când orbitează în jurul nucleului, electronul reprezintă o mişcare de sarcină electrică, ceea ce reprezintă un curent electric. Cum orice curent electric creează un câmp magnetic, mișcându-se într-un atom, electronul formează un mic magnet. De altfel, aşa se şi face că diferite materiale sunt magnetice. Lucrul aceste se ştia deja de un secol, însă ceea ce Stern şi Gerlach au arătat este că electronul, chiar şi atunci când nu se află într-un atom, ci liber, deplasându-se cu viteză constantă, este totuşi un mic magnet. Ca şi cum electronul s-ar învârti în jurul axei sale.

În realitate, toate experimentele de până acum sugerează că electronul este un punct. Nu are rază, nu are volum. Nu are aşadar o axă şi nu se poate învârti în jurul acesteia. Lumea atomică are alte legi decât cele din viaţa noastră de zi cu zi. Este vorba de legile mecanicii cuantice şi nu este o exagerare că ele sunt contraintuitive de multe ori. Electronul se comportă ca şi cum s-ar învârti în jurul propriei axe, deşi este un punct şi nu are o axă. Această proprietate cuantică a electronului a fost denumită spin, de la englezescul „to spin”, adică „a se roti”.

Ecuaţia lui Schrödinger nu lua însă în considerare şi nici nu explica spinul electronului. Cel care a reuşit să dezvolte pentru prima dată o teorie cuantică a electronului care să includă și spinul său a fost fizicianul britanic Paul Adrien Maurice Dirac, în 1928. Teoria sa a fost una revoluţionară, care a venit la doar trei ani de la o altă teorie revoluţionară, mecanica cuantică, pe care a extins-o și a dus-o mai departe. Dirac a explicat cum există sau cum se deplasează prin spaţiu un electron ce are sarcină electrică (adică are proprietăţi electrice) şi spin (adică are proprietăţi magnetice).

Dar cum prezicea această teorie în mod subtil existenţa antimateriei? Să vedem o analogie. Dacă vi se cere un număr care ridicat la pătrat este 9, veţi spune că numărul căutat este 3. Un matematician v-ar răspunde că ar mai exista o soluţie, anume minus 3. Dumneavoastră i-aţi răspunde că are dreptate, dar că din păcate pentru el ştiţi din surse sigure că numărul căutat e musai pozitiv, ca de exemplu energia de mişcare a unui corp. Energia de mişcare este de forma ½ ori masa ori viteza la pătrat. Şi cum masa este mereu pozitivă, energia de mişcare este pozitivă. Şi atunci procedaţi aşa cum aţi fost învăţați la fizică în liceu: aruncaţi soluţia negativă ca neavând semnificaţie fizică.

Ei bine, aşa a făcut şi Dirac când noua sa ecuaţie spunea că energia la pătrat are o anumită valoare pozitivă. Era evident că energia ar fi radical din acea valoare. De ce ar trebui ca energia să poată fi şi minus radical din acea valoare? O energie de mişcare negativă nu are sens, decât dacă cumva ar fi vorba de masă negativă. Iar o masă negativă nu are sens, pentru că forţa gravitaţională este doar de atracţie. La forţa electrică există şi sarcini negative pe lângă cele pozitive pentru că forţa electrică poate fi şi repulsivă, nu doar atractivă. Dar forţa gravitaţională este doar atractivă şi atunci masa e doar pozitivă. Nu e aşadar de mirare că Dirac a aruncat această soluţie imediat ce a văzut-o matematic, căci nu avea suport fizic.

Descoperirea experimentală a antimateriei în 1932 l-a îndemnat să se mai uite odată la ecuaţiile sale. Antielectronul observat de Carl Anderson în radiaţiile cosmice era un electron de aceeaşi masă, numai că avea sarcină electrică de semn opus. Dirac şi-a dat seama că matematic acel semn minus de la a doua soluţie din ecuaţie putea fi interpretat nu doar ca o masă negativă, ci şi ca un mers negativ în timp (adică mers spre trecut) sau mers negativ în spaţiu (adică mers în sens opus decât ar merge un electron cu aceeaşi energie). Dar nici acestea nu aveau sens. Sau se mai putea (şi de aici a licărit speranţa!) ca acel semn minus să fie interpretat ca un semn minus la sarcina electrică. Adică un electron cu aceeaşi masă ca şi electronul, dar cu semn electric pozitiv. Şi tocmai aceasta, un antielectron, denumit apoi şi pozitron, descoperise Andersen.

Iată aşadar cum ingredientele Universului trebuie înmulțite cu doi, pentru că şi protonul şi neutronul au partenerii lor de antimaterie (antiprotonul şi antineutronul), chiar dacă au fost descoperiţi experimental ceva mai târziu.

Universul: rețetă și ingrediente XI

LĂSAȚI UN MESAJ

Introduceti comentariul
Introdu numele

84 + = eighty five