Tiede

Universumin alussa käytiin taistelu ihmisenkin olemassaolosta – uudet huikeat kokeet saattavat selittää, miksi aine voitti antiaineen

Me koostumme siitä pienestä aineen ylijäämästä, joka säilyi tuhoutumatta.

Fysiikan suuria arvoituksia on se, miksi olemme ainetta emmekä antiainetta.

Ainetta ja antiainetta syntyi teorioiden mukaan alkuräjähdyksessä yhtä paljon, mutta ne eivät voineet jatkaa rinnakkain.

Kun antiaineen hiukkanen kohtaa aineen hiukkasen, kumpikin tuhoutuu.

Ainetta jäi kuitenkin jäljelle yhden hiukkasen verran miljardia tuhoutunutta aine-antiainehiukkasparia kohti.
MAINOS (TEKSTI JATKUU ALLA)
MAINOS PÄÄTTYY

Se riitti. Tästä niukasta ylijäämästä me muodostumme. Meitä ei edes olisi, ellei aine olisi voittanut antiainetta.

Antiaine on yhä osa arkea. Banaani säteilee antiaineen hiukkasen positronin silloin tällöin, kun hedelmässä olevaa kaliumin isotooppia hajoaa.

Myös ihminen tuottaa pieniä määriä antiainetta eli positroneja. Käytämme niitä myös lääketieteessä.

Jos uudet huikeat kokeet selittävät, miksi ainetta jäi hiukan yli, löydön rinnalla kalpenee jopa painovoima-aaltojen löytyminen viime vuonna.

Antiaineella ja aineella on yksi merkittävä ero: vastakkainen sähkövaraus. Negatiivisen elektronin antihiukkanen on positiivinen positroni.

Muutoin antiaine näyttää olevan suorastaan merkillisen samanlaista kuin aine. Siitä saatiin vastikään uusi todiste Euroopan hiukkastutkimuksen keskuksessa Cernissä, kun tutkijat mittasivat antivetyatomin spektriä.

Spektri kuvaa alkuaineen lähettämää valoa. Se on aineen sormenjälki.

Antivedyn sormenjälki näyttää samalta kuin vedyn sormenjälki miljardisosan tarkkuudella, sanovat suomalaiset tutkijat Petteri Pusa ja Stefan Eriksson.

Pusa ja Eriksson tekevät antiainetta hiukkastutkimuskeskus Cernissä Genevessä.

Kokeessa antiaineloukkuun syötetään toisesta päästä antiprotoneita ja toisesta positroneja. Näin syntyy antivetyatomeita.

Antiaineen tekeminen on vaikeaa ja kallista. Cern, yhdysvaltalainen Fermilab ja saksalainen Desy ovat tehneet antiainetta yhteensä parikymmentä gramman miljardisosaa.

Kokonainen gramma maksaisi miljoona miljardia dollaria, Fermilabin Symmetry-verkkosivu arvioi. Siitä tuskin on tieteiskirjallisuuden antiaineraketin polttoaineeksi.

Antivetyatomit kaapataan talteen magneettikentillä. Ne eivät kuitenkaan säily loputtomiin. Kokeen tekijät ovat onnistuneet pitämään antivetyatomeita tallessa runsaan vartin.

Toinen tutkimusryhmä säilytti Cernissä neljää antiprotonia yli vuoden, viime vuoden loppuun asti. Se on antiaineen säilömisen maailmanennätys.

Vaikeuksista huolimatta tutkijat jatkavat sitkeästi. He suunnittelevat muun muassa antivedyn painovoiman mittaamista entistä tarkemmin.

”Ensimmäiseksi tehdään pudotuskoe. Katsotaan, mihin suuntaan se lähtee. Ilmeisesti ei ylöspäin, mutta tästä ei ole mitään teoriaa. Tämän jälkeen tarkennetaan”, Pusa sanoo.

Italiassa on käynnissä koe, joka voisi selittää aineen voiton antiaineesta. Tiedelehti Nature raportoi tutkimuksesta huhtikuussa.

Koe lähtee niin sanotusta beetahajoamisesta atomin ytimessä. Kun esimerkiksi neutroni hajoaa radioaktiivisesti, syntyy protoni ja elektroni sekä antiainehiukkanen antineutriino.

Neutriinot ja antineutriinot ovat haamumaisia hiukkasia, jotka vuorovaikuttavat hyvin heikosti. Tutkijat ovat esittäneet, että neutriino voisi olla myös itsensä antihiukkanen. Oudosta ajatuksesta voi seurata outoja.

Kahden neutronin hajoaminen yhtä aikaa atomin ytimessä voisi silloin tuottaa vain ainetta. Antiainetta ei näy, koska syntyvät neutriinot tuhoavat toisensa.

Jos näin kävi universumin alussa, se selittää miksi ainetta oli enemmän kuin antiainetta. Tällaista neutriinotonta kaksoisbeetahajoamista ei kuitenkaan ole havaittu.

Nyt saksalainen fyysikko Stefan Schönert ja hänen kollegansa seuraavat, tapahtuuko sellaista alkuaine germaniumissa. Koe tapahtuu Gran Sassossa Italiassa vuoren sisällä. Siellä on yli kolmekymmentä kiloa germaniumia odottamassa muuttumista seleeniksi – ja samalla fysiikan ihmettä.

Kokeessa on iso mutta. Germaniumin muuttumiseen menee enemmän aikaa kuin universumilla on ikää. Kaksoisbeetahajoaminen on harvinainen ilmiö, tutkija Peter Grabmayr huomauttaa Wired-lehdessä.

Kokeen tekijät ovat silti toiveikkaita. Kokeessa on valtavasti germaniumatomeita. Riittää, että edes jotkin niistä hajoavat odotetulla tavalla ilman neutriinoita.

”Se vahvistaisi teoreettisen mekanismin nimeltä leptogeneesi, joka saattoi aiheuttaa aineen ja anti-aineen epäsymmetriaa varhaisessa maailmankaikkeudessa”, Schömert sanoo HS:lle.

Neutriinojen ja antineutriinojen tarkka tunteminen voisi selittää aineen ja antiaineen suhdetta. Hyvässä lykyssä kaikkein vähäisimmät selittäisivät suurimman mysteerin.
HS Digistä löydät Hesarin juttuarkiston helmet
Saat tilaajana kokeilla HS Digiä maksutta
Tilaajille
Haluatko lukea koko artikkelin?

Fakta

Antiainetta havaittiin jo 85 vuotta sitten


 Antiaineen kuvaili matemaattisesti vuonna 1928 brittiläinen fyysikko Paul Dirac.

 Yhdysvaltalainen Carl Anderson löysi elektronin antihiukkasen positronin vuonna 1932. Se oli avaruudesta tulleen hiukkasen törmäystuote. Positroni näytti elektronilta, mutta kaarsi vastakkaiseen suuntaan.

 Antiprotoni havaittiin seuraavaksi vuonna 1955 Yhdysvalloissa Berkeleyssä hiukkauskiihdytinkokeessa.

 Positroneja käytetään lääketieteen pet-kuvantimisssa. Potilaalle annetaan radioaktiivista merkkiainetta, joka hakeutuu aktiivisiin kudoksiin kuten kasvaimiin. Kun merkkiaine hajoaa, se säteilee positroneja. Ne hajoavat kehossa ja säteilevät fotoneja, jotka voidaan havaita.

    Seuraa uutisia tästä aiheesta

  • Tiede
  • Hiukkasfysiikka
  • Matti Mielonen

Kommentit

    Ei vielä kommentteja. Kirjoita ensimmäinen.

    Näytä lisää
    Luetuimmat
    1. 1

      Arabimiehet eivät tasa-arvosta välitä, sanoi tutkimus ja riemastutti maahanmuuton vastustajat – mutta yksi arabimaa on poikkeus ja osoittaa, kuinka monimutkaista kaikki on

    2. 2

      Kyykky on ihmisen luonnollinen lepoasento, mutta olemme unohtaneet, miten se tehdään – Näin kyykkääminen parantaa kehosi hyvinvointia

    3. 3

      Joonas Konstig kyllästyi yksivuotiaan kiukuttelua muistuttavaan käytökseensä, ja päätti ryhtyä opiskelemaan herrasmieheksi – lopputuloksena kirja joka jokaisen miehen kannattaisi lukea

    4. 4

      NFL-pelaaja osui Donald Trumpin kiukkuhermoon, nousi ylös Meksikon kansallislaulun ajaksi – vastaus herätti taas huolen presidentin prioriteeteista

    5. 5

      Vantaan lastensuojelun työntekijät: Oikeasti täällä on kaaos, vaikka muuta väitetään – ”Tässä puhutaan nyt kuusivuotiaista yrittämässä lyödä puukolla ikäistään”

    6. 6

      Helsinkiläissairaala Husin ja Mehiläisen yhteisomistukseen – päätös jakoi Husin hallituksen kahteen leiriin

    7. 7

      Hyväosaiset omistavat yhteiskunnan, joka myötäilee heidän etuaan – siihen on yksi syy ylitse muiden

      Tilaajille
    8. 8

      Autoilija ajoi 6-vuotiaan pojan päälle suojatiellä ja pakeni paikalta Helsingin Itäkeskuksessa – Poika lensi kolmen metrin matkan

    9. 9

      Synnytystukea antava suomalainen doula kertoo: Nämä neljä asiaa pitää korjata Suomen synnytyshoidossa pikaisesti, muuten perheet jäävät liian yksin

    10. 10

      Donald Trumpin kynäpiirros huutokaupattiin alle 6 000 euron hintaan

    11. Näytä lisää
    1. 1

      Kyykky on ihmisen luonnollinen lepoasento, mutta olemme unohtaneet, miten se tehdään – Näin kyykkääminen parantaa kehosi hyvinvointia

    2. 2

      New Yorkissa siskoni sopeutui hyvin joukkoon – Suomessa moni katsoo häntä kuin hänessä olisi jotain vikaa, ja se tuntuu pahalta

    3. 3

      Maapallon pyöriminen hidastuu, tutkijat ennustavat ensi vuodeksi rajuja maanjäristyksiä – Helsingin yliopiston apulaisprofessori: ”Edelleenkään emme voi ennustaa, missä järisee”

    4. 4

      Vantaan lastensuojelun työntekijät: Oikeasti täällä on kaaos, vaikka muuta väitetään – ”Tässä puhutaan nyt kuusivuotiaista yrittämässä lyödä puukolla ikäistään”

    5. 5

      Hyväosaiset omistavat yhteiskunnan, joka myötäilee heidän etuaan – siihen on yksi syy ylitse muiden

      Tilaajille
    6. 6

      Hygieniasta löytyy huomautettavaa sadoissa ravintoloissa Helsingissä – Katso hakukoneella, miten on kotikulmiesi ravintoloiden laita

    7. 7

      Donald Trump hermostui Kiinasta pelastetun koripalloilijan isän kommenteista – ”Olisi pitänyt jättää heidät vankilaan”

    8. 8

      Arabimiehet eivät tasa-arvosta välitä, sanoi tutkimus ja riemastutti maahanmuuton vastustajat – mutta yksi arabimaa on poikkeus ja osoittaa, kuinka monimutkaista kaikki on

    9. 9

      Niina Hartikainen ei ole pelkkä mies tai pelkkä nainen vaan muunsukupuolinen – Voiko hänestä pian tulla Niina Tero Hartikainen?

      Tilaajille
    10. 10

      Tältä näyttää syrjäytyminen Suomen kartalla: Kruunupyyssä voidaan parhaiten, synkin tilanne on Äänekoskella – HS:n laskuri ja kartat kertovat, miten kotikuntasi nuorilla menee

      Tilaajille
    11. Näytä lisää
    1. 1

      Hätähuuto ihmiskunnan tulevaisuuden puolesta, 15 000 tieteentekijää varoittaa joukkotuhosta – ”Pitkään jatkunut nopea väestönkasvu on syy moniin ekologisiin ja jopa yhteiskunnallisiin uhkiin”

    2. 2

      ”Kukaan älykäs ja kaunis nainen ei halua seurustella työttömän, kouluttamattoman miehen kanssa” – 28-vuotias Valtteri ja 26-vuotias Kharouf kertovat tarinansa syrjäytymisestä

      Tilaajille
    3. 3

      Kolmevuotiaan lapsensa puukotuksesta epäillyn isän kuulustelut alkavat tiistaina, miehellä aiempaa rikostaustaa – Poliisi henkirikoksesta: ”Tapahtumia, joita ihmismieli ei meinaa käsittää”

    4. 4

      Suvi Haimi kypsyi muovijätteen määrään kylpyhuoneessaan – syntyi uraauurtava keksintö, joka kiinnostaa jo kansainvälisiä kosmetiikkabrändejä

    5. 5

      Varaslähtö länsi­metroon: astu kyytiin ja kiidä tunnelissa 36 kilometriä idästä länteen – verkko­retki kuvaa reitin kuljettajan silmin ja esittelee jokaisen aseman 360-kuvalla

    6. 6

      Mies vei Saphira-koiransa hoitoon Lohjalle – kun hän meni myöhemmin katsomaan koiraa, löytyi vain tyhjä talo, josta oli lämpöpatteritkin viety

    7. 7

      Tuhat vuotta sitten valtava viikinkiarmeija vyöryi Suomeen ja sai selkäänsä hämäläisiltä – Näin kertoo taru, mutta mitä oikeasti tapahtui?

      Tilaajille
    8. 8

      Husin toimitusjohtaja HS:n mielipidepalstalla: ”En ole koskaan nähnyt Suomen terveyspolitiikkaa niin sekaisin kuin nyt”

    9. 9

      Turvapaikkapäätöstä odottava Sharif Qaderi potkaistiin ulos ryhmäkodista kun hän täytti 18 vuotta – Sitten itähelsinkiläinen lapsiperhe otti hänet luokseen asumaan

    10. 10

      Parisuhde tuhon partaalla – asiantuntija ja HS:n lukijat kertovat, millaiset syyt ajavat parit harkitsemaan eroa ja mikä lopulta sai pysymään yhdessä

      Tilaajille
    11. Näytä lisää