Antimateria i verkligheten

Så här ser antimateria bara ut på film.

Det här lär vara en bild av en behållare med antimateria, som de ser ut i filmen Angels & Demons. Om jag hade en liten behållare med antimateria i skulle jag bli orolig om den lyste så här mycket. Någon process här producerar ljuspartiklar — fotoner. Är det rörelsen av de elektriskt laddade antimateriapartiklarna i det elektromagnetiska fältet som innesluter dem, som får dem att stråla så? I så fall rör de sig rätt fort, och jag litar inte på att de ska hållas kvar. Hur kan de hålla sig i en så liten volym om de rör sig hastigt, hur stabilt är fältet? Om det inte är rörelsen, är det någon sorts partikelreaktion som pågår? Varför blir det synligt ljus, och hur mycket strålar det hela i våglängder jag inte kan se?

Det är förstås inte meningen att det är så man ska tänka. På film är det viktiga att betydelsefulla pryttlar ser uppseendeväckande ut, så att de gör sig bra på den vita duken. Medan man ser filmen ska man lägga sina kritiska frågor åt sidan (det kallas suspension of disbelief — man bortser från det som är orealistiskt för att ta till sig en berättelse, som har andra kvaliteter än att avbilda verkligheten).

Hur som helst verkar den här filmen vara en bra utgångspunkt för att prata om antimateria. Jag har inte sett den själv, men jag har läst boken (nåja, delar av den).

Vad är då antimateria egentligen?

Det är en sorts invertering av vanlig materia, det hörs ju på namnet. Men hur då?

Vanlig vardagsmateria består, som man lärde sig i skolan, av atomer. Atomerna är i sin tur uppbyggda av tätt packade kärnor med protoner och neutroner, omgivna av moln av elektroner. Elektronerna är så vitt vi vet elementarpartiklar, som inte består av några mindre delar, medan kärnpartiklarna är uppbyggda av kvarkar.

På 1920-talet utvecklades kvantmekaniken, den teoretiska beskrivningen av hur atomer och elementarpartiklar beter sig. Paul Dirac var ett av de stora namnen inom området, och han satte sig ner för att försöka förbättra beskrivningen elektronen och dess växelverkan med det elektromagnetiska fältet på ett sätt som stämmer överens med relativitetsteorin. Hans ekvation fungerade mycket bra, men hade dessutom den lustiga egenskapen att den hade två lösningar: en som beskriver elektronen och en som beskriver en likadan partikel fast med motsatt laddning, en antielektron. Det här orsakade en del diskussion — kunde detta betyda att det verkligen finns sådana partiklar? Bara några år senare, 1932, kunde man faktiskt detektera antielektroner, positroner som de kallas, i kosmisk strålning. Sedan dess har antipartiklar varit vardagsmat i partikelfysiken, och man har så småningom kunnat observera antipartiklar till alla elementarpartiklar man känner till.

En antipartikel har enkelt uttryckt exakt samma egenskaper som motsvarande partikel, förutom att laddningarna har motsatt tecken. En partikel beskrivs av flera olika ”laddningstal” — på fysikerspråk: interna kvanttal — även en elektriskt neutral partikel har sin antipartikel. Ska man vara riktigt noga är beskrivningen av antipartikeln identisk med beskrivningen av en partikel efter att man har kastat om tecken på alla laddninga och samtidigt även på alla rumskoordinater och på tidens riktning.

En del av intresset för antimateria ur en fysikers synvinkel är att testa om den här symmetrin alltid och fullständigt gäller. Man är alltid på jakt efter tecken på luckor i standardmodellen för fundamentala partiklar och växelverkningar, för att kunna upptäcka intressant ny fysik. Det är också den största anledningen till att man är intresserad av att tillverka antiatomer och undersöka deras egenskaper. Mer om antiatomer i ett senare inlägg!

Tips för vidare läsning

Några länkar relaterade till CERN och Angels & Demons.

• Atlas-experimentets snygga webbsidor om Angels & Demons
• CERN is the front line in science fiction’s war against science — om vetenskap och sf-film. (Mycket sf-litteratur begriper sig faktiskt på vetenskap rätt hyfsat, och står snarast på försvarets sida i det så kallade ”kriget mot vetenskapen”.)
• A fiction thought to be fact, av en man som skrivit en bok om antimateria, och som tycker att det är dumt om folk tror att antimaterian i filmen är realistisk.