Maailmankaikkeus vilautti olemustaan: Antimateriaa ja Linnunradan nielaisema planeetta

Ulkomaat 28.11.2010 16:00

Viime viikko oli historiallinen: antimateria kahlittiin hetkeksi ja avaruudesta löytyi Linnunradan nielemä planeetta.

Antivetyatomi Antivetyatomi CERNin ”ansassa”. Vastaavia atomeja on valmistettu on tuhansittain, mutta vasta nyt niitä saatiin kiinni – 0,1 sekunniksi. Kuva CERN.

Parin päivän sisällä ilmoitettiin, että Euroopan hiukkastutkimuskeskuksen CERNin tutkijat ovat onnistuneet ensi kertaa vangitsemaan antimateriaa tutkimuksia varten, ja että tähtitieteilijät ovat löytäneet ensimmäinen eksoplaneetan, joka on peräisin Linnunradan ulkopuolelta.

Molempien löydösten arvioidaan muuttavan ja tarkentavan käsityksiä maailmankaikkeudesta.

Antimaterialöydöksestä CERNin hiukkastutkimuskeskuksessa kertoi ensimmäisenä Nature-lehti. Käytännössä kysymys on siitä, että CERNin tutkijat onnistuivat pitämään 38:aa valmistamaansa antivetyatomia ”hengissä” eli paikoillaan tyhjiössä voimakkaiden magneettikenttien avulla 0,1 sekunnin ajan.

Kysymyksessä on selvä edistysaskel siihen suuntaan, että joskus antimaterian olemus alkaa ehkä vihdoin selvitä.

Antimateria piileskelee

Antivetyatomeja on valmistettu tuhansittain, mutta nyt ensi kertaa niitä onnistuttiin pysäyttämään riittävästi tutkimusta varten – vaikka vain silmänräpäykseksi.

Tuo silmänräpäys riittää tutkimustiedon keräämiseen. Se merkitsee iankaikkisuutta hiukkastutkimuksessa, jossa joudutaan operoimaan sekunnin triljoonasosilla, sanoo avaruustähtitieteen professori Esko Valtaoja Turun yliopistosta. Yliopiston avaruustutkimuslaboratorio on mukana antimateriaa tutkivassa CERNin Alpha-projektissa.

Kun tämänkin verran uutta tutkimusaineistoa saadaan vangituksi tietokantoihin, voidaan ryhtyä uudelta pohjalta ratkomaan sitä kosmologian suurta arvoitusta, missä antimateria oikein piilee.

Fyysikkojen käsityksen mukaan nimittäin materiaa ja antimateriaa olisi pitänyt syntyä alkuräjähdyksessä yhtä paljon, mutta toistaiseksi ei tiedetä, miksi materia pääsi voitolle ja antimateria katosi tietymättömiin.

Sinänsä oli onni, että näin kävi, sillä kun materia ja antimateria kohtaavat, ne muuttuvat puhtaaksi energiaksi. Jos molempia lajeja olisi yhtä paljon, syntyisi niin valtava räjähdys, että koko maailmankaikkeus olisi pelkkää valoa – eikä täällä muuta olisikaan.

Räjähtävää energiaa

Antimateriahiukkaset poikkeavat materiahiukkasista siten, että niillä on vastakkainen sähkövaraus. Esimerkiksi vetyatomi koostuu protonista ja sitä kiertävästä elektronista, mutta antivedyn osia ovat negatiivisesti varautunut antiprotoni ja positiivisesti varautunut positroni.

Jos nämä vastakappaleet joutuvat kosketuksiin toistensa kanssa, syntyy reaktio, jossa molempien energiat vapautuvat sähkömagneettisena säteilynä. Jos gramman kokoiset annokset materiaa ja antimateriaa törmäisivät valon nopeudella, energiaa vapautuisi enemmän kuin Hiroshiman atomipommista 1945.

Hallittuna tuosta prosessista voisi tulla uusi mullistava energianlähde. Toistaiseksi se on pelkkää teoriaa, koska antimaterian valmistamiseen kuluu enemmän energiaa kuin siitä voi saada irti ja sitä on äärimmäisen vaikea saada säilymään hetkeä pitempään, kuten CERNin tulokset ovat käytännössä osoittaneet.

Samantapaisia ongelmia yritetään ratkaista Ranskassa rakenteilla olevassa fuusiovoimalan koelaitoksessa, Iterissä. Siellä pitäisi saada tulikuuma plasma leijumaan tyhjiössä siten, ettei se kosketa mihinkään reunoihin.

Jos tämä onnistuu, tulevaisuuden energiaa voidaan ehkä noin vuonna 2050 tuottaa fuusioreaktorissa vedystä – eli käytännössä vedestä täysin saasteettomasti.

Antimaterian valmistukseen vaaditaan valtavia hiukkaskiihdyttimiä. CERNin LEP-törmäytin sijaitsee 27 kilometriä pitkässä rengastunnelissa, joka kulkee Geneven lähellä Sveitsin ja Ranskan alueella noin sadan metrin syvyydessä.

Kiihdyttimessä tutkitaan aineen perusolemusta simuloimalla alkuräjähdystä, eli ajamalla valtavalla nopeudella liikkuvien hiukkasten ”nokkakolareita”.

Linnunradan sieppaama

Toinen maailmankuvaamme mahdollisesti muuttava uutinen koskee uutta eksoplaneettaa, nimeltään HIP 13044 b. Eksoplaneetoiksi sanotaan oman aurinkokuntamme ulkopuolelta löydettyjä planeettoja.

Hieman Jupiteria suurempi HIP 13044 b kuitenkin poikkeaa aiemmin löydetyistä edeltäjistään, joita on lähes 500. Se ja sen emotähti ovat nimittäin alun perin kotoisin koko Linnunradan ulkopuolelta, kääpiögalaksista, jonka Linnunratamme nielaisi miljardeja vuosia sitten.

Tutkijat pitävät noin 2000 valovuoden päässä olevaa löydöstä kiinnostavana myös siksi, että sen emotähti on niin vanha, että se on jo ohittanut niin sanotun punaisen jättiläisen vaiheen. Tuossa vaiheessa tähti laajenee moninkertaiseksi sen vedyn loppuessa fuusioreaktiossa.

Tutkijoita kiinnostaa, miksei emotähti ole nielaissut hyvin lähellä kiertävää planeettaansa.