Antimaterie - i virkeligheden

I filmen og bogen 'Engle og dæmoner' trues Vatikanet af skurke, som vil sprænge det halve Rom i luften med antimaterie, brutalt stjålet fra forskningslaboratoriet CERN.

Men er det muligt? Findes der antimaterie? Er det en trussel for menneskeheden? Og er det sandt, at helt almindelige fysikere producerer stadset i forskningens navn?

Partikelfysiker Bjørn Samset fra Universitetet i Oslo svarer på spørgsmål omkring antimaterie:

Findes der antimaterie?

»Ja. Helt klart. Man begyndte at se tegn på, at antimaterie fandtes allerede i 1930erne, og siden da har man fundet ud af, at det er en almindelig del af naturen. Vi kan fremstille det i eksperimenter, men vi finder det ikke omkring os til daglig.«

Hvad er det for noget?

»Forestil dig, at naturen er et sæt legoklodser med forskellige typer byggeklodser, som er byggestenene i alt omkring os. Byggeklodserne, og alt som bliver opbygget af dem, kaldes materie. Men så er det tilfældigvis sådan, at for hver klods, så findes der endnu en klods.«

»Denne klods ser helt ligedan ud, med mindre du kigger godt efter. Så ser du, at den på en måde er 'spejlvendt'. Alle de egenskaber, som kan måles ved den, for eksempel elektrisk ladning, har modsat fortegn. Det er disse spejlvendte klodser, som kaldes 'antimaterie'.«

»Der findes for eksempel anti-elektroner - også kaldet 'positroner' - og anti-protoner. De kan blive til anti-atomer, som anti-brint, anti-guld eller anti-jern.«

»Antimaterien er altså byggeklodserne i et slags spejlbillede af den natur, vi kender. Det eneste tal, som er ens for både materie og antimaterie, er vægten.«

Hvordan ser denne antimaterie ud? Kan man se forskel på materie og antimaterie?

»Nej. De ville se helt ens ud. Hvis du fløj gennem verdensrummet, og et ukendt rumskib kom imod dig, kunne du ikke vide om rumskibet og piloten består af materie eller antimaterie. Ikke uden ekstremt avancerede måleinstrumenter.«

»Men du ville mærke det, hvis I mødtes. Den store pointe er nemlig, at når materie kommer i kontakt med antimaterie, så ophæver de hinanden. De går sammen og slipper al den energi, de har, fri. Det kaldes 'annihilation'.«

»Materie og antimaterie indeholder enormt meget energi. Hvis blot et gram antimaterie annihilerer med materie, udløses lige så meget energi som i en lille atombombe.«

»I teorien kunne alt i verdensrummet bestå af antimaterie, med undtagelse af månen og Mars og et par steder mere. Der har vi jo landet. Hvis disse steder bestod af antimaterie, ville landingsfartøjerne have udløst kæmpeeksplosioner.«

»Men vi har ikke landet med noget på Pluto. Så som udgangspunkt kunne Pluto bestå af antimaterie. Men vi ved godt, at det gør den ikke. Hvis det var meget antimaterie i rummet, ville der være grænseområder mellem de to slags stof, som vi ville havde opdaget for længst.«

»Fritsvævende partikler og klumper af antimaterie ville annihilere mod materien, hvor de to zoner mødtes. Og når elektroner og positroner ophæver hinanden, bliver de til to gammastråler med en helt bestemt energi. Vi ville have opdaget områder med store mængder af netop denne stråling. Men ingen har set noget fænomen af den art, så det ser ud til at universet kun består af materie.«

Men forskerne fremstiller antimaterie på CERN, med den enorme maskine som vi ser i filmen?

»Ja. Vi kan skabe partikler af både antimaterie og materie i LHC'en ved CERN. Det er nemlig således, at partikler kan blive til energi, og at energi kan blive til partikler. Alle de partikler, som verden i dag består af, blev en gang dannet ud af energi.«

»Den måde vi kan skabe antimaterie på, er ved at kollidere partikler utroligt hårdt. Når vi brager partikler sammen med op imod lysets hastighed, frigives der så meget energi, at nye partikler dukker frem. Men når energi bliver til partikler, kommer der aldrig kun én partikel, der kommer to: én almindelig partikel og én tilsvarende antipartikel. For eksempel en elektron og en positron.«

»Men antipartiklen forsvinder igen med det samme. Den forvandler sig til andre typer partikler eller møder materiepartikler og annihilerer.«

Kan forskerne ikke fange den antimaterie, som dannes?

»Jo, det er lykkedes forskere at få fat i positroner og antiprotoner og holde dem i en anden accelerator-ring en kort tid. Det er til og med lykkedes dem at sætte et anti-brintatom sammen, altså spejlbilledet af brintatomet. Og de har også set en type antihelium.«

Betyder det, at man kan bruge maskinen på CERN til at fremstille en bombe?

»Nej!«

»Det er der flere grunde til. Én af dem, er at vi aldrig ville kunne fremstille nok. I et kvart gram antimaterie - den mængde, som er i bomben i filmen - er der ufattelig mange partikler. Noget i størrelsesorden 150.000.000.000.000.000.000.000 (150 tusinde milliarder milliarder) stykker!«

»Med det udstyr vi har på CERN - som er det bedste du kan få i verden - skulle vi arbejde i nogle millioner år, før vi havde en sådan mængde, som altså kunne have en sprængkraft, som en lille atombombe.«

»For at illustrere kan jeg fortælle, at hvis vi putter al den antimaterie, vi kan fremstille i CERN, ned i en kop kaffe, ville vi kunne varme kaffen op med én grad i timen. I løbet af den samme tid ville kaffen af sig selv kunne afkøles med ti grader.«

»Jeg kan heller ikke se for mig, at der vil komme en nævneværdig mere effektiv måde at fremstille det på.«

»Det andet problem er oplagring.«

»Det er teknologisk håbløst at opsamle nævneværdige mængder antimaterie, uden at det kommer i kontakt med almindelig materie og forsvinder. Man kan forestille sig, at det er muligt at bruge elektriske felter til at holde antipartikler med modsat ladning svævende i en lufttom beholder, på samme måde som i filmen.«

»Men det ville være enormt energikrævende og næsten nytteløst at fremstille et stabilt system af denne art. Selv om det hele skulle virke, ville der desuden være tale om en gas af antipartikler med samme ladning. Partikler med samme ladning vil frastøde hinanden, og skabe et enormt tryk inde i beholderen.«

Men hvis man virkelig kunne lave en antimateriebombe. Hvordan ville det så se ud, når den gik af?

»Den ville nok opføre sig omtrent som en atombombe, altså en stor eksplosion med frigivelse af energi. Hvis der var nok energi, ville vi måske få den karakteristiske paddehattesky. Men det afhænger lidt af, hvor hurtigt antimaterien i klumpen kommer i kontakt med materie.«

»Vi ville under alle omstændigheder få trykbølger, varme, lys i alle bølgelængder og gammastråler. Det ville ikke være særligt rart.«

»Men nu er det heldigvis heller ikke muligt.«

I filmen 'Star Trek' anvendes antimaterie til et fredeligere formål - som brændstof i rumskibet U.S.S. Enterprise. Vil du sige at det også er umuligt?

»Ja, desværre. Det havde været rigtigt godt hvis det var muligt, men det er det ikke. Både det amerikanske forsvar og NASA har udforsket denne mulighed, men givet op.«

Hvorfor fremstiller forskerne så antimaterie?

»Motivationen for at fremstille antimaterie på CERN, er ikke at kunne bruge den til praktiske formål. Det er derimod for at studere naturen. Det er det, som har givet os de teorier og den viden, vi har i dag.«

»Vi undrer os for eksempel over, hvorfor universet udelukkende ser ud til at bestå af materie. Ifølge naturlovene skulle der være skabt lige store mængder antimaterie og materie, da verden blev til i 'the Big Bang' - det store brag. Partiklerne skulle så have kollideret med hinanden, og alt skulle være blevet til energi igen.«

»Men sådan forholder det sig ikke, og vi ved ikke helt hvorfor.«

»Vi tror det kan være sådan, at for hver ti milliarder par af partikler og antipartikler, som blev dannet, må der have været én partikel for meget af materie. På den måde blev der en rest af materie tilbage. Men hvad kan have forårsaget dette?«

»Nyere forskning tyder på, at der kan være en lille forskel på de to modsatte partikler, men vi har stadig ikke noget sikkert svar på dette mysterium.«

Så antimaterie kan altså ikke bruges til andet, end udforskningen af universets dybeste gåder og sammenhænge?

»Jo da. Vi anvender det faktisk i dag, til at diagnosticere kræft.«

»Såkaldt PET-scanning bruger antimaterie. Teknikken går ud på, at du drikker et radioaktivt stof, som udsender positroner - altså anti-elektroner. De rammer hurtigt nogle elektroner og annihilerer, således at de specielle gammastråler udsendes i hver sin retning.«

»Måleudstyr sporer disse stråler tilbage til stedet de kom fra, og dermed kan du se hvilken del af kroppen som har optaget mest af det radioaktive stof. Kræftsvulster optager meget af stoffet, og på den måde kan man altså bruge antimaterie til at finde kræft i kroppen.«

© forskning.no. Oversat af Johnny Oreskov