Expresia latină “creatio ex nihilo” înseamnă “creație din nimic” și ține în mare parte de domeniul teologiei, filozofiei și mitologiei datorită principiului întâi al termodinamicii, care este de fapt o particularizare a legii conservării energiei la procesele în care intervine mișcarea termică a materiei.

Acest principiu spune că energia nu poate fi nici creată, nici distrusă.

Cum influențează acest principiu materia? Albert Einstein a argumentat că materia și energia sunt interschimbabile. Materia ocupă spațiu, are masă și compune cea mai mare parte din universul vizibil. Energia, pe de altă parte, are forme multiple și este, în esență, forța care face ca lucrurile să se întâmple. Conform lui Einstein și a primei legi a termodinamicii, în univers există o cantitate fixă de energie și materie.

Atunci când se ciocnesc doi protoni în acceleratorul de particule “Large Hadron Collider”, aceștia se rup în particule subatomice numite quarcuri și gluoni (particulă elementară care intermediază interacțiile tari dintre quarcuri). Chiar și atunci când materia și antimateria se anihilează, se produce energie, sub formă de fotoni.

Dacă am construi o moleculă din atomi, practic nu am crea materie. Un atom este materie – dar așa sunt și particulele subatomice din interiorul lui. Este ca și cum am lua făină și am folosi-o pentru a face o prăjitură. De fapt luăm un produs alimentar și realizăm din el un alt produs alimentar mai complicat.

Însă se poate crea materie, dar nu din nimic, ci din energie. Pentru a crea materie într-un mod care să adere la principiul întâi al termodinamicii, trebuie să convertim energia în materie. Aceasta conversie a avut loc și acum 13 miliarde de ani, la o scară cosmică, in momentul Big Bang-ului. Big Bang-ul a constat în întregime din energie iar materia a apărut odată cu răcirea rapidă.

În laborator, crearea materiei implică o reacție de perechi, numită așa deoarece transformă un foton într-o pereche de particule: un electron și un pozitron. Atunci când electronii se deplasează într-un câmp electric puternic se generează radiații gamma, deoarece o mare parte din energia acestora este convertită în radiații electromagnetice. Fotonii de mare energie care rezultă în acest mod interacționează cu fasciculele laser și generează perechi electron-pozitron. Într-un sens mai larg, putem spune că procesul invers al anihilării particulelor poate fi numit crearea de materie.

Atunci când un pozitron cu o energie redusă se ciocnește cu un electron de joasă energie, are loc procesul de anihilare electron-antielectron, generându-se doi fotoni din spectrul radiațiilor gamma. Acest proces are loc conform principiului echivalenței masă-energie al lui Albert Einstein.

Datorită legii de conservare a impulsului, nu poate apare o pereche de fermioni (particule de materie) dintr-un singur foton. Totuși, crearea materiei este permisă de aceste legi în prezența unei alte particule (alt boson sau chiar a unui fermion) care poate împărți impulsul fotonului primar. Astfel, materia poate fi creată din doi fotoni.

Legea conservării energiei stabilește o energie minimă a fotonilor necesară pentru crearea unei perechi de fermioni: această energie minimă trebuie sa fie de cel puțin 2mec2 = 2 × 0.511 MeV = 1.022 MeV (meste masa unui electron, c – viteza luminii în vid, eV – electronvolt). Crearea unei perechi mult mai masive, precum un proton și un antiproton, necesită fotoni cu o energie mai mare de 1,88 GeV.

Primele calcule referitoare la coliziunile foton-foton au fost efectuate de Lev Landau în 1934.

În acceleratoarele de particule s-au produs o varietate de particule elementare exotice. Deci, da, oamenii pot crea materie. Putem transforma lumina în particule subatomice, dar nu putem crea ceva din nimic.

Bibliografie:

Ferlic, Kenneth. „The Phenomenon of Pair Production.” 2006.(July 14, 2010)

LĂSAȚI UN MESAJ