Seoses CERNis käivitatava Suure Hadronite Põrgataja (LHC, Large Hadron Collider) meediakajastusega on palju tehtud juttu miniatuursetest mustadest aukudest, antiainest ja muust füüsikaeksootikast. Üheks üldsusesse juurdunud arusaamaks on saanud, et antiaine osakesed hariliku ainega kohtudes tingimata koheselt annihileeruvad, vabastades tohutu energiahulga. Niisugune pilt vajab täpsustamist.
Juba nimetatud osakestefüüsika tippkeskuses CERN mõõdeti enam kui kümne aasta eest eksperimendi Obelix (ehk PS201) raames madala energiaga antiprootonite annihileerumist hõrendatud heeliumis. Selleks juhiti kuni 3MeV energiaga antiprootonite voog 75 cm pikkusesse silindrikujulisse alumiiniumist gaasikapslisse. Ootuspäraselt registreeriti annihileerumissündmusi kogu silindri ulatuses (vt. vasemat joonist ja selgitust allpool).
 Katses registreeritud annihileerumissündmused (vasakul) ja silindri tagumise seina mõju arvestav arvutisimulatsioon (paremal) |
Horisontaalteljel on kujutatud teepikkust piki silindri telge, vertikaalteljel aega. Punktid vastavad annihileerumistele. Hilisematel hetkedel toimub enamik sündmusi sügavamal silindris st. antiprootonid on jõudnud kaugemale lennata – sellest tume vööt vasakult alt paremale üles vasemal graafikul. Silindri tagumise seina läheduses (z≈75cm) on eriti palju täppe – antiprootonid põrkuvad alumiiniumi aatomitega ja annihileeruvad. Kuid tähelepanelik silm eristab veel ühte hõredamat vööti, mis algab tagaseinal ja kulgeb vasemale üles. Algset katset lahkavates artiklites jäi see seletamata. Nüüd on teadlased vanu katseandmeid uute vahenditega analüüsinud ja leidnud üllatavalt lihtsa põhjenduse. Antiprootonid põrkavad alumiiniumseinalt tagasi.
Teatavasti moodustab tuum igasuguse aatomi ruumalast vaid väga väikese osa. Seetõttu on ka antiprootonil väga väike tõenäosus kohtuda vahetult alumiiniumiaatomi tuumaga – hoopis sagedamini kallutab mõne tuuma elektromagnetväli teda algsest kursist kõrvale. Mõnekümne niisuguse mõjutuse järel on antiprooton täielikult algse suuna "unustanud" ja eksleb alumiiniumseina pinnalähedaste aatomituumade vahel. Märkimisväärse tõenäosusega satub niisugune osake hoopis tagasi silindri sisemusse. Seal annihileerub ta juba mõne teele juhtuva heeliumiaatomiga. Sellest ka teine, "tagurpidine", tume vööt graafikul.
Hämmastav on, et katsetulemuse olemuslikuks selgitamiseks piisanuks ka tubli füüsika bakalaureusetudengi teadmistest ja ometi kulus selleks kümmekond aastat. Nimelt modelleeritakse niisuguseid katseid ka arvutil ja alles hiljuti saavutas arvutusvõimsus taseme, mis lubas arvesse võtta ka otsaseina mõju. Parempoolne joonis kujutabki arvutisimulatsiooni sama katse jaoks.
Allikas: Physical Review Focus 11.08.08; Phys. Rev. A 78, 022506 (2008)
Toimetas Erik Randla