Velika tekma za odgovor na vprašanje: "Zakaj obstajamo?"

Ameriški in japonski znanstveniki tekmujejo v tem, komu bo prvemu uspelo odgovoriti na eno največjih vprašanj znanosti: Zakaj vesolje (in mi z njim) sploh obstaja?

Tekma poteka globoko pod zemeljskim površjem.

Za kaj v bistvu gre?

Danes že osnovnošolci vedo, da je vesolje nastalo pred okoli 14 milijardami let in da se je začelo z dogodkom, ki mu poljudno pravimo "veliki pok".

Čeprav v večini dokumentarnih filmov začetek vesolja - veliki pok - prikazujejo kot eksplozijo nečesa, je ta predstava napačna.

Ampak, če bi hoteli pokazati, kako je bilo vse skupaj zares videti, sploh ne bi mogli.

Začetek vesolja, kot ga razlaga znanost, se namreč za laike zdi popolnoma sprt s pametjo.

Začetek vesolja zelo zelo po domače in "sprto s pametjo"

Povedano zelo zelo po domače: v nekem trenutku v preteklosti je dobesedno iz nič nastalo vse, kar danes obstaja: prostor, snov in čas.

Vendar takrat ni eksplodiralo nič, saj ni bilo snovi.

Začetek vesolja se tudi ni zgodil nikjer, ker ni bilo prostora. Prostor, kot ga poznamo danes, je bil namreč "zvit sam vase" v velikost, proti kateri se zdajšnji atomi zdijo gromozansko veliki.

In – kar se zdi še najbolj sprto s pametjo – veliki pok se ni zgodil v času, ker časa takrat ni bilo.

Vse je nastalo "tik" po tem.

Razumi, kdor more, ampak znanost trdno stoji za to razlago in se je dogodku stvarjenja vesolja teoretično približala na neznaten delček sekunde.

Veliko vprašanje, ki ostaja neodgovorjeno

In čeprav je teorija, ki pojasnjuje nastanek vesolja, skladna z mnogimi opazovanji in mnoge napovedi, ki izhajajo iz nje, so znanstveniki resnično uspeli dokazati (spomnimo se samo odkritja oziroma potrditve obstoja Higgsovega bozona, "božanskega delca", ki snovi podeljuje maso), pa še v marsičem šepa.

Trenutna teorija o nastanku vesolja recimo ne more pojasniti, zakaj danes obstajajo planeti, zvezde in galaksije.

To pa zato, ker (med drugim) ne zna pojasniti, zakaj obstaja snov ali materija, kot jo poznamo.

Kaj se je zgodilo z anitimaterijo?

Po teoriji je v začetku vesolja nastala enaka količina snovi, kot jo poznamo in protisnovi (antimaterije).

Antimaterija je sicer "na zunaj" takšna kot običajna snov, od nje pa se razlikuje na atomskem nivoju.

Sestavljena je iz "anti-atomov", delcev snovi, ki imajo sicer enako maso kot naši atomi, le da imajo njihovi gradniki drugače naboje.

Naš elektron ima negativen naboj, anti-elektron pa pozitivnega (mimogrede: anti-elektron se imenuje pozitron in njegov obstoj so še dokazali).

Podobno je s protonom, ki ima v našem svetu pozitiven naboj, v "anti-materiji" pa negativnega. Nevtron je v obeh snoveh enak, ker nima naboja.

Kot rečeno, je v začetku vesolja, kot ga razlaga znanost, bila ustvarjena enaka količina snovi in anti-snovi. Toda zakaj danes vidimo samo snov, ne pa tudi anti-snovi?

Še več – če se snov in anti-snov srečata in dotakneta, se medsebojno izničita, sprosti pa se energija.

(Nasvet: če boste kdaj srečali človeka iz anti-snovi, se z njim nikar ne rokujte. Oba bosta v hipu izginila v svetlobnem blisku).

Zakaj se torej to ni zgodilo ob nastanku vesolja?

Veliki up: drobceni in izmuzljivi nevtrino

Znanstveniki zdaj upajo, da jim bo odgovor na zgornja vprašanja ponudil eden najbolj skrivnostnih delcev v vesolju – nevtrino.

Nevtrino je eden najmanjših osnovnih delcev. Nima električnega naboja in skoraj nič mase, zaradi česar lahko potuje skozi snov – tudi skozi cel planet – ne da bi z njo sploh trčil.

V vesolju jih je ogromno. Vsako sekundo na milijarde nevtrinov preleti naše telo, mi pa tega sploh ne občutimo.

Nevtrini nastajajo v jedrskih reakcijah, kot so eksplozije supernov, reakcije v notranjosti Sonca, jedrski reaktorji in celo med razpadom radioaktivnih snovi na Zemlji.

Znanstveniki pa si z njimi pomagajo pri raziskovanju vesolja in notranjosti zvezd, saj so kot nevidni "seli", ki nosijo informacije iz krajev, kamor drugi delci ne morejo prodreti.

In kljub njihovi izmuzljivosti se tu in tam da kakšnega ujeti.

In prav to – ujeti dovolj nevtrinov, ki bi nam pomagali povedati, zakaj smo tu, je v osrčju tekme med znanstveniki iz Japonske in ZDA.

"Katedrale znanosti" globoko pod površjem

V gozdovih ameriške zvezne države Južna Dakota se 1.500 metrov pod površjem nahajajo tri orjaške podzemne dvorane. Znanstvenik dr. Jaret Heise jih imenuje "katedrale znanosti".

So del mednarodnega projekta pod ameriškim vodstvom, imenovanega DUNE (angleško: Deep Underground Neutrino Experiment/Nevtrinski poskus globoko pod zemljo). Heise je znanstveni direktor projekta.

Projekt se je začel leta 2015 in danes v njem sodeluje več kot 1.400 znanstvenikov iz 35 držav.

Projekt, katerega glavna naloga projekta je doslej bila preučevanje podatkov, ki jih o nevtrinih dobijo iz drugih raziskav, pa je zdaj pripravljen na naslednjo fazo – izgradnjo detektorja, ki bi lahko spremenil naše razumevanje Vesolja, piše BBC.

Z njegovo pomočjo bi lahko odgovorili, zakaj je ob nastanku vesolja zmagala materija.

Znanstveniki domnevajo, da odgovor na to leži prav v vedenju nevtrinov in njihovih anti-delcev – antinevtrinov.

Načrt je naslednji: Iz laboratorija v Illinoisu bodo proti detektorju v Južni Dakoti, oddaljenem 1.300 kilometrov, pošiljali snopke teh delcev.

Ključno je, da se nevtrini in antinevtrini med potjo rahlo spreminjajo – če bodo te spremembe različne, bi to lahko razkrilo, zakaj snov ni izginila in kaj se je zgodilo z antisnovjo.

Vendar je treba detektor najprej zgraditi do konca.

Ko se bo to zgodilo, bodo "katedrale znanosti" videti kot ogromne votline, obložene z zlatom in napolnjene s 70.000 tonami tekočega žlahtnega plina argona, v katerega naj bi se ujeli nevtrini iz Illinoisa.

Povzetek projekta DUNE si lahko ogledate tudi v spodnjem videoposnetku.

Hyper-K proti DUNE

Medtem japonski znanstveniki gradijo Hyper-K, nadgrajeno različico njihovega detektorja Super-Kamiokande.

Tudi ta je oziroma bo impozanten. Prav tako kot "katedrale znanosti" je postavljen globoko pod zemeljskim površjem, sestavljajo pa ga trije sferični detektorji, podobni tistim v projektu DUNE.

Razlika pa je v tem, da bo japonski detektor z delovanjem začel v manj kot treh letih, torej več let pred ameriškim projektom.

Spodnji posnetek prikazuje gradnjo detektorja na Japonskem.

Japonci: Mi bomo prvi začeli!; Američani: Hitrost ni vse!

Tudi Hyper-K je mednarodna pobuda. V njej sodeluje tudi dr. Mark Scott z Imperial College v Londonu.

Scott meni, da je njihova ekipa v vodilnem položaju. "Prej se bomo zagnali in imamo večji detektor – to pomeni večjo občutljivost že v začetni fazi," je povedal za BBC.

A dr. Linda Cremonesi z londonske univerze Queen Mary, ki sodeluje pri projektu DUNE, opozarja, da hitrost ni vse: "Hyper-K še nima vseh sestavin, potrebnih za popolno razumevanje, ali se nevtrini in antinevtrini res obnašajo različno," je dejala za britanski medij.

Prve rezultate pričakujejo šele čez nekaj let.

A raziskovalci so prepričani, da bo hkratno delovanje obeh projektov – DUNE in Hyper-K – ključno za celovito razumevanje enega največjih znanstvenih vprašanj: kaj se je zgodilo ob rojstvu časa, da smo sploh nastali?