Dünya’da en değerli ‘şey’ nedir diye sorarsanız şüphesiz akla altın, gümüş, platin, ve elmas gibi maddeleri gelir. Lakin bunların hiçbirisi paha da erişilmez değil. Ancak öyle bir madde var ki insanların erişmesi hem zor hem de Dünya’nın en pahalı maddesi ve o da antimadde ve 1 gramı tam 25 milyar dolar.
Çevremizdeki her şey normal maddeden oluşur. Bilim insanları büyük patlamadan birkaç milisaniye sonra eşit miktarda madde ve antimadde olduğu anlamına gelen bir asimetri olduğuna inanıyorlar. Evrenin doğuşundan sonra madde tarafından yönetilir. Antimaddeyi görüntülemenin tek yolu ise yüksek enerji deneyleridir.
Bu deneyler ise ancak Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi CERN’de yapılabilmektedir. Antimadde, madde ile aynı özelliklere sahiptir. Antimaddenin farkı ise maddenin zıt elektrik yüküne sahip olmasıdır. Mesela proton ve elektron gibi bilinen her parçacık için bir antiproton ve antielektron vardır. Parçacık ve antipartikül aynı kütleye sahip oldukları halde farklı yüke ve aynı manyetik momentlere sahiptirler. Ancak madde ile antimadde karşılaştığında, şiddetli bir reaksiyonda enerji ve fotonlar oluşturmak için birbirlerini yok edecektir. Karşımadde madde ile etkileştiğinde yüksek bir enerji reaksiyonu meydana gelir. Bir bilim insanı, büyük patlamadan sonra ilk birkaç milisaniyede meydana gelen bir dizi koşul olduğuna inanıyordu, bu da maddeyi antimadde baskın hale getirdi. CERN’ün İsviçre’deki antimadde fabrikasındaki bilim adamları antihidrojen üretmenin bir yolunu buldular ve antihidrojen ürettiler. CERN’de çalışan yaklaşık 10 bin fizikçi antimaddenin özelliklerini inceleyerek antimadde ve evrenimizin doğuşu hakkında daha fazla şey öğreniyorlar.
Antimaddenin varlığı ilk kez 1906 yılında bir bilim adamı tarafından Paul Dirac tarafından tahmin edildi. Günümüzün bilim insanları is yaptıkları deneylerde antimaddenin varlığını doğruladı, çünkü yüksek enerjili parçacık hızlanma deneylerinde gözlemlendi. Büyük patlamadan sonraki ilk birkaç saniye içinde, birbirleriyle temas ettiğinde çok yüksek enerjili uçucu bir reaksiyonda yok olacak olan eşit miktarda madde ve antimadde vardı. Soru şu: Büyük patlamadan sonra erken evrende neden sadece sıradan madde hâkim oldu? Bilim insanları maddenin ve antimaddenin yok edilmesinden sonra, evrenin üzerinde arta kalan bir madde kaldığına inanıyorlar. Büyük patlamadan birkaç milisaniye sonra evrenin doğuşu, sadece madde ve birbiriyle etkileşime giren ve halka şeklindeki ve kaybolan eşit, ancak karşıt karşı antimadde vardı. Hem madde hem de antimadde eşit miktarda yapıldı; erken evrende artık bir şey olmamalıydı, ama az miktarda madde kaldı ve evreni doldurmayı başardı.
1928’de İngiliz Fizikçi Paul Dirac elektronların göreli hızlarını hesaba katarak görelilik teorisini ve kuantum teorisini birleştiren bir denklem buldu. Dirac bu formül sayesinde 1933 yılında Nobel Ödülü’ne layık görüldü. Bu denklemin iki tane çözümü vardı: bir negatif yüklü elektron ve pozitif yüklü pozitron. Eğer pozitron ve elektron bir araya gelirse madde ortadan yok olup sadece saf enerji üretilmiş olur. Buna göre fizik kanunları ve kuantum mekaniği artık her bir parçacığın mutlaka bir anti parçacığının olduğunu söylüyor.
Buna göre madde ve antimadde evrenimizin doğumundan sonra eşit miktarlarda ortaya çıkmış olmalıydı, ancak varoluşta biraz daha fazla madde vardı, CMBR Kozmik Mikrodalga Arkaplan Radyasyonuna bakıldığında görülen şey bunu gösteriyordu.
Öte yandan bilim dünyası eskiden bu evrenin hep var olduğunu ve bundan sonra da hep var olacağını savunuyorlardı. Edwin Hubble galaksilerin birbirinden uzaklaştığını ve eğer uzaklaşıyorlarsa geçmişte daha yakın olmaları gerektiğini gördü ve en sonunda 13.7 milyar yıl önce bütün bu evrenin tek bir noktada birleştiklerini buldu. Fakat bazı hesapları tutmuyordu. Bunun üzerine Hubble’ın buldukları bilim dünyası ilk başta kabul edilmedi. Sonra 1965 yılında Arno Penzias and Robert Wilson isimli iki elektronik mühendisi uzaya gönderdikleri bir haberleşme uydusundan sinyal beklerlerken ilginç bir radyasyon buldular ve ne olduğunu bilemediler. Sonradan anlaşıldı ki bu radyasyon evrenin ilk ortaya çıkma anında oluşan Kozmik Mikrodalga Arkaplan Radyasyonu olduğu ortaya çıktı ve büyük patlama teorisi bir delil kazanmış oldu.
Antimadde antielektronlar, antiprotonlar ve antinötronlardan yapılırken, tüm normal maddelerin elektronlardan, protonlardan ve nötronlardan yapıldığı iyi bilinmektedir. Pozitron zıt yüklü bir antielektrondur ve ağır bir parçacıktır, antiproton negatif ağır bir parçacıktır ve bir protondan sorumludur. Madde olarak zıt yüke sahip olmasına rağmen karşımadde, sıradan madde ile aynı olmalıdır. CERN, Avrupa Nükleer Araştırmalar Merkezi’nin kısaltmasıdır ve Büyük Hadron Çarpıştırıcısının (LHC) bulunduğu yerdir. Ayrıca, CERN’de Antimadde Fabrikası adı verilen bir tesis bulunmaktadır.
Bilim insanları laboratuarda daha fazla bilgi edinmek için antimadde oluşturuyorlar. Antimadde fabrikası, LHC boyunca çekilen protonları hidrojenin antimadde versiyonu olan antihidrojene dönüştürmek için kullanılır. CERN’deki bilim insanları, antihidrojeni yakalar ve özelliklerini araştırır. Antimadde maddeye dokunamaz çünkü yok ederler, böylece CERN’deki bilim insanları antihidrojeni yakalamak ve tutmak için manyetik alanlar kullanmalıdır. Manyetik alanlar enerji kullanır ve antipartikülü manyetik Penning-Malmberg tuzağında tutar. Manyetik bir alan antihidrojeni tuzağın kenarlarına çarpmaktan alıkoyar ve tutar, çünkü madde antimadde ile temas edemez.
Simetri, evrenimizin nasıl çalıştığını tahmin etmek için önemlidir. Simetri ve evrenin mekaniği arasındaki ilişki 1915’te matematik ve fizik arasındaki ilişkiyi birleştiren Noether Teoremi tarafından keşfedildi. Doğanın asimetrisinin olduğu her yerde, onunla birlikte gelen karşılık gelen bir koruma yasası olduğunu söyleyen bir açıklamada. Fizikteki simetri, dönüşüm yapıldıktan sonra sistemi temelde değişmeden bırakan bir dönüşüm olarak tanımlanır, kesinlikle hiçbir değişiklik yapmayan bir değişikliktir.
Madde ve antimadde deneyi Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’nda test edildiğinde eşit oranda üretiliyor. Yani madde fazla ve antimadde az değil. Ancak büyük patlama (big bang) anında maddenin biraz fazla oluştuğunu görüyoruz. Bunun nedenini ise henüz bulamadık ve ancak bazı tahminlerimiz var.