Krockar med antimateria

Astronomiartikeln om gammautbrott har föranlett funderingar från F&F-läsaren Sten Öhman i Ljungsbro. Forskarna är ju ännu osäkra på vad som ligger bakom de kraftiga och avlägsna gammautbrotten. Sten Öhman påpekar att man länge ”undrat varför det blev mest materia i Big Bang och inte lika delar materia och antimateria. Men tänk om det verkligen blev 50 procent materia och 50 procent antimateria?” Eftersom materia och antimateria förintas (annihileras) när de möts och ger upphov till bl a gammastrålning, undrar Sten Öhman om det inte kan vara just möten mellan dessa materieformer som ger upphov till gammautbrotten.

Sten Öhman

Svar: Dagens modell för Big Bang förutsäger faktiskt att det i det tidiga universum fanns lika mycket materia som antimateria. Genom observationer vet vi att det finns många, många (närmare en miljard gånger) fler fotoner i universum än det finns vanliga materiepartiklar. Det är de här fotonerna som utgör den omtalade s k mikrovågsbakgrunden. Enligt Big Bang-modellen härrör dessa fotoner i huvudsak från just annihilation av materia och antimateria. Eftersom fotonerna i dag är så många fler än de vanliga materiepartiklarna måste det mesta av materian och antimaterian en gång ha annihilerats – en partikel och en antipartikel ger i genomsnitt ungefär två fotoner. Den stora frågan är därför inte om materia och antimateria en gång annihilerades, utan varför det blev en liten rest av materia kvar. Det är nämligen denna rest som utgör all den materia som vi är uppbyggda av och som vi ser runt omkring oss i universum! Att förklara varför det finns en miljard fotoner för varje vanlig materiapartikel är i dag en av kosmologins och partikelfysikens stora utmaningar.

Nu skulle man kunna hävda att vi inte kan vara säkra på att alla stjärnor och galaxer i universum verkligen består av materia – man kan ju tänka sig att det finns stora områden som i stället är uppbyggda av antimateria. Fysikaliskt skulle en stjärna av antimateria vara tänkbar, lika väl som en stjärna av materia. Dessvärre är det mycket svårt att med konventionell fysik tänka sig att den lilla rest som blev över efter all annihilation skulle bestå av materia på vissa ställen i universum, men antimateria på andra. Dessutom visar observationer av strålning från rymden inga tecken på antimateria – utom små mängder som kommit till på känt sätt genom partikelkollisioner.

Det finns fler argument för att den mängd antimateria som överlevt sedan det tidiga universum är mycket, mycket mindre än den materia som vi kan observera, men de som här framförts borde räcka för att visa att kollisioner mellan materia och antimateria är en mindre trolig modell för gammautbrotten. Den strålning som observeras under gammautbrotten stämmer inte heller med vad som kan förväntas om den är ett direkt resultat av annihilation mellan materia och antimateria. Man förväntar sig nämligen att annihilationsstrålning faller inom ett smalt energiintervall, motsvarande massan hos de partiklar och antipartiklar som möts. Så är inte fallet med strålningen från gammautbrotten där energin i stället fördelar sig över ett brett energiintervall.

Claes-Ingvar Björnsson, astronom vid Stockholms universitet.