Äike toodab ohtralt antiainet
Kui te edaspidi näete taevas välgunooli sähvimas, siis teadke: olete tunnistajaks antiaine tekkimisele. Kümne aasta eest hindas NASA, et ühe grammi antivesiniku tootmine maapealses laboris maksaks 62 triljonit dollarit. Äike ei pea antiaine eest maksma sentigi.
Antimateeria on tavamateeria peegelpilt, mille laetud alg-osakeste elektrilaengud on vastasmärgiga – elektronid positiivsed, prootonid negatiivsed. Universumi tekkides oli mõlemat liiki mateeriat võrdsetes kogustes, kuid füüsikutele siiani teadmata põhjustel võttis võimust aine, mitte antiaine. Kui aine-osake kohtub oma antiaineosakesest sugulasega, siis need kaks antipoodi hävitavad üksteise ehk annihileeruvad, vabastades energiaküllase gammakiirguse. Kuna nüüdisuniversumis on valitsejaks aine, siis pole antiainel mingit lootust, selle eluiga saab olla vaid sekundi murdosa.
Füüsikud valmistavad antiainet ülikallites osakeste kiirendites nagu CERN-i suures hadronite põrgatajas LHC. Suurim kogus antiainet, mille inimesed on siiani loonud, on ühes Euroopa tuumauuringute keskuse CERN-i laboris möödunud aastal toodetud 38 antivesiniku aatomit, mida suudeti alles hoida 170 millisekundi jooksul.
Maiste gammapursete labor
2002. aastal ehitati Florida tehnoloogiainstituudis kummaline torn. Puust ja mõneteistkümne meetri kõrgune. Kui äikesepilved pea kohale kogunevad, kiirustavad teadlased torni. Ning lasevad sealt taevasse meetripikkuse raketi. Raketi sabas tõuseb pilve poole ka peen traat, mille kaudu antakse 700 meetri kõrgusele tõusnud metallraketile pinge. Traati läbib vool, mis traadi aurustab. Moodustunud on kunstlik kanal, mille kaudu võib välk maa poole kihutama hakata. Vool kannab pilvele lisalaengu ja vallandab astmelise punktiiri ehk välgu. Sünteetilise välgu.
1980. aastatel avastati äikesepilvedest uurimislennukitega läbi sõites, et välguga kaasneb röntgenikiirgus. Seda saavad valla päästa vaid väga kiired elektronid.
Viimastel aastatel on teadlased loonud paljulubavaid mudeleid, et kirjeldada, kuidas kosmiliste kiirte vallandatud osakeste voog ühes kulgelektronidega välku teeb. Nüüd on selle kohta saadud uusi ja üllatavaid tõendeid. Hiljuti selgus, et välk ei tegutse mitte ainult loodusliku algosakeste kiirendina, vaid loob ka antiainet.
2004. aastal registreeriti Floridas välguga kaasnev gammakiirguse purse, mis oli teadlaste jaoks tõeline välk ja pauk. Selliseid purskeid hakati kutsuma maisteks gammapurseteks, et eristada neid mujal universumis aset leidvatest gammapursetest. Iga päev toimub Maal 500 maist gammapurset.
Keegi poleks oodanud, et äikesetormiga kaasnevad nõnda suure energiaga kiirgusosakesed. Itaalia kosmoseagentuuri satelliit Agile on mõõtnud kolme aasta jooksul 130 maist gammapurset ja selle meeskond Marco Tavani juhtimisel tegi kindlaks, et nende energia on kuni 100 megaelektronvolti. See on väga suur, ehkki miljon korda pisem kui energia, milleni tahavad viia prootonid LHC teadlased. Oma avastusest kirjutasid Itaalia teadlased hiljuti ajakirjas Physical Review Letters.
Nõnda tuleb välja, et äikesepilved on justkui looduslikud osakeste kiirendid, mis kiirendavad elektrone erinevalt füüsikute poolt maa peal ehitatud kiirenditest tasuta, ning sellised kiirendatud elektronid vabastavad omakorda uute elektronide laviini.
Antiaine reis üle Aafrika
Avastus kinnitab hüpoteesi, et kosmilisel kiirgusel on välgu tekkes oma osa. Idee pole uus, selle pakkus 1925. aastal Šoti füüsik Charles Wilson, kes sai kaks aastat hiljem Nobeli preemia alg-osakesi registreeriva pilvekambri leiutamise eest.
Energilised kosmiliste kiirte osakesed, mis sisenevad Maa atmosfääri, rebivad õhuaatomitelt elektrone, nood kihutavad edasi ja vallandavad elektronide laviini.
Füüsikud on kahtlustanud, et äikeses vabanevad energilised gammapursked tekitavad antiainet. Kuid eksperimentaalselt ei oldud seda hüpoteesi veel kinnitatud.
Kinnitava avastuseni aitas hiljuti teadlasi USA kosmose-agentuuri NASA Fermi gammakiirte teleskoop, mis saadeti 2008. aastal orbiidile, et registreerida kosmosest saabuvaid gammakiirte purskeid, aga ka maiseid gammapurskeid. Enamiku maistest gammapursetest on teleskoop registreerinud, olles äikesepilve kohal.
Kuid mõned neist registreeris teleskoop troopikavöötmes, kus äikest ei esine. Näiteks ülemöödunud aasta detsembris Egiptuse kohal. Kuidas saab juhtuda, et troopiliste piirkondade kohal toimuvad regulaarsed ja eriliste omadustega gammakiirte pursked? Nende kestus on tavapärastest pikem ja energia on 511 kiloelektronvolti – täpselt sama suur kui energia, mis vabaneb gammakiirguse kvandina, kui elektron ja selle antiosake positron ühinedes annihileeruvad.
Alabama ülikooli teadlane Michael Briggs ja tema kolleegid uurisid nähtust lähemalt ja jõudsid järeldusele, et äikesetormi tekitatud gammakiirgus tekitab atmosfääri aatomeid mõjutades elektroni antiosakesi positrone. Uurimistöö tulemused kanti ette möödunud nädala esmaspäeval Ameerika astronoomiaühingu konverentsil.
Kuna elektronid ja positronid on laetud osakesed, siis liiguvad need spiraalselt Maa magnetvälja jõudude mõjul. Ehkki välk sähvis Lõuna-Aafrikas, reisisid elektroni-positroni paarid umbes paarikümne millisekundi jooksul Egiptuse kohal oleva teleskoobi vaatevälja, kus need annihileerusid ja kiirgasid kaks gammakiirguse osakest. Vähe sellest. Mõned neist antielektronidest möödusid satelliidist, jõudsid nn peegelpunktini, kus Maa magnetvälja suurenenud tugevus sundis neid tagasi pöörduma ja uuesti teleskoopi jõudma, tekitades teise, nõrgema impulsi.
Teadmine, et äikese käigus tekivad antiaine positronid, ei lahenda veel kogu selle mõjurikka loodusnähtuse tekke ja arengu lugu, kuid lisab niigi värvikale välgule värvi.
Vaata ka:
Tiit Kändler, „Antiainelt loodetakse teateid maailma ehituse kohta”, EPL 25.11.2010
Tiit Kändler, „Välgu mõistmiseks tuleb see teha”, 2.09.2005
Tiit Kändler, „Gammapursked võivad ohustada elu”, 28.10.2005
