Wanasayansi wanakaribia kutatua siri ya ‘antimatter’ kufichua jinsi ulimwengu ulivyoundwa

Na Pallab Ghosh

Mwandishi wa Sayansi

Wanasayansi wamefanya ugunduzi muhimu kuhusu antimatter – kiungo cha ajabu ambacho kilikuwa kingi wakati Ulimwengu ulipoanza.

Antimatter ni kinyume cha mata, ambayo nyota na sayari huundwa.

Zote mbili ziliundwa kwa kiasi sawa katika nadharia ya Big Bang ambayo iliunda Ulimwengu wetu. Ingawa mata iko kila mahali, hata hivyo, kinyume chake sasa ni kigumu sana kupata.

Utafiti wa hivi punde umegundua viwili hivyo vinaitikia kwa mvuto wa kuelekea chini kwa njia sawa.

Kwa miaka mingi, wanafizikia wamekuwa wakihangaika kugundua tofauti zao na kufanana, kueleza jinsi Ulimwengu ulivyotokea.

Kugundua kwamba antimatter iliinuka kwa kukabiliana na mvuto, badala ya kuanguka kunaweza kuzua mgawanyiko kuhusu kile tunachojua kuhusu fizikia.

Sasa wamethibitisha kwa mara ya kwanza kwamba atomi za antimatter huanguka chini. Lakini mbali na kuwa mwisho wa kisayansi huu hufungua milango kwa majaribio na nadharia mpya. Je, inaanguka kwa kasi sawa, kwa mfano?

Wakati wa Mlipuko Mkubwa au Big Bang , mata na antimatter zilipaswa kuunganishwa na kughairina, bila kuacha chochote ila mwanga. Kwa nini havikufanya hivyo ni moja ya siri kuu za fizikia na kufichua tofauti kati ya hizo mbili ndio ufunguo wa kuisuluhisha.

Kwa namna fulani mata lilishinda antimatter katika dakika hizo za kwanza za uumbaji. Jinsi inavyoitikia nguvu ya mvutano, huenda ikashikilia ufunguo, kulingana na Dk Danielle Hodgkinson, mshiriki wa timu ya utafiti katika Cern nchini Uswisi, maabara kubwa zaidi ya ulimwengu ya fizikia ya chembe." Hatuelewi jinsi Ulimwengu wetu ulikuja kutawaliwa na mata na kwa hivyo hii ndiyo inayohamasisha majaribio yetu," aliniambia

Antimatter nyingi zinapatikana kwa muda mfupi tu katika Ulimwengu, kwa sehemu za sekunde. Kwa hivyo ili kufanya majaribio, timu ya Cern ilihitaji kuifanya iwe katika hali thabiti na ya kudumu.

Prof Jeffrey Hangst ametumia miaka thelathini kujenga kituo cha kuunda kwa uangalifu maelfu ya atomi za antimatter kutoka kwa chembe ndogo za atomiki, kuzinasa na kisha kuziacha.

"Antimatter ni baridi zaidi, mambo ya ajabu zaidi unaweza kufikiria," aliniambia.

"Kwa kadiri tunavyoelewa, unaweza kuunda ulimwengu kama wetu tukiwa na wewe na mimi ulioundwa kwa antimatter," Prof Hangst aliniambia.

"Hiyo inatia moyo; ni moja ya maswali ya msingi wazi juu ya mambo haya ni nini na jinsi inavyofanya."

Antimatter ni nini?

Wacha tuanze na mata ni nini: Kila kitu katika ulimwengu wetu kimetengenezwa kutoka kwayo, kutoka kwa chembe ndogo zinazoitwa atomu.

Atomu rahisi zaidi ni hidrojeni. Ni kiungo ambacho Jua limetengenezwa kutoka kwayo. Atomu ya hidrojeni imeundwa na protoni yenye chaji chanya katikati na elektroni yenye chaji hasi inayoizunguka.

Kwa antimatter, chaji za umeme ni njia nyingine pande zote.

Chukua antihidrojeni, ambayo ni toleo la antimatter la hidrojeni, linalotumika katika majaribio ya Cern. Ina protoni iliyo na chaji hasi (antiproton) katikati na toleo chanya la elektroni (positron) inayoizunguka.

Antiprotoni hizi hutolewa kwa kugongana kwa chembe kwenye vichapuzi vya Cern. Vinafika kwenye maabara ya antimatter pamoja na mabomba kwa kasi ambayo iko karibu na kasi ya mwanga. Hii ni haraka sana kwazo kudhibitiwa na watafiti.

Hatua ya kwanza ni kupunguza kasi yao, ambayo watafiti hufanya kwa kuzipeleka karibu na mzunguko. Hii huchota nguvu zao, hadi vinasonga kwa kasi inayoweza kudhibitiwa.

Antiprotoni na positroni kisha hutumwa kwenye sumaku kubwa, ambapo huchanganyika na kuunda maelfu ya atomi za antihidrojeni.

Sumaku hutengeneza mvuto ambao hunasa antihydrogen. Ikiwa ingegusa upande wa kontena ingeharibiwa mara moja, kwa sababu antimatter haiwezi kustahimili kuwasiliana na ulimwengu wetu.

Wakati mvuto umezimwa atomi za antihidrojeni hutolewa. Sensa kisha hugundua ikiwa imeanguka juu au chini.

Baadhi ya wananadharia wametabiri kwamba antimatter inaweza kuanguka, ingawa wengi, haswa Albert Einstein katika nadharia yake ya Jumla ya Uhusiano (General theory of Relativity )zaidi ya miaka mia moja iliyopita, wanasema inapaswa kuishi kama mata, na kuanguka chini.

Watafiti huko Cern sasa wamethibitisha, kwa uhakika mkubwa zaidi, kwamba Einstein alikuwa sahihi.

Lakini kwa sababu tu antimatter haianguki, haimaanishi kwamba inaanguka chini kwa kiwango sawa na mata.

Kwa hatua zinazofuata katika utafiti, timu inasasisha jaribio lao ili kulifanya liwe nyeti zaidi, ili kuona kama kuna tofauti ndogo katika kiwango ambacho antimatter huanguka.

Ikiwa ndivyo, inaweza kujibu mojawapo ya maswali makubwa kuliko yote, jinsi Ulimwengu ulivyotokea.

Matokeo yamechapishwa katika jarida la Nature.