אנטי חלקיקים הם חלקיקים רגילים לחלוטין, שכל המטענים שלהם הפוכים לאלה של מקביליהם ה"רגילים". באופן בו פיזיקאים מתארים את הפיזיקה כיום, ניתן לתאר אנטי-חלקיקים כחלקיקים הנעים אחורה בזמן. נכון לעכשיו, לא נראה שיש לזה השלכות מרחיקות לכת.

חלקיקים הם הדרך שלנו לתאר אובייקטים קטנים מאוד בעלי תכונות פיזיקליות מוגדרות, כמו מסה ומטען חשמלי. לכל החלקיקים מאותו סוג, תכונות דומות.
המוסכמה היא שכל החלקיקים שאנו מכירים מגיבים ללפחות אחד מן הכוחות בטבע. הסיבה לכך היא, שאין לנו את הכלים להבחין בקיומם של חלקיקים שלא עושים זאת, כך שגם אם יש כאלו, אין לנו כיום את היכולת לדעת זאת. לפיכך, לכל החלקיקים שאנו מכירים יש מטען כלשהו, או שהם חלקיקים נושאי כוח. למשל הפוטון, שנושא את הכוח האלקטרומגנטי [1].

המטען קובע את האופן בו ישתתף החלקיק בתגובה. לדוגמה, שני חלקיקים בעלי מטען חשמלי זהה ידחו זה את זה, ובעלי מטען חשמלי הפוך (חיובי ושלילי) ימשכו את זה. אנטי חלקיקים הם חלקיקים רגילים לחלוטין, מלבד הבדל אחד, אבל חשוב: כל המטענים שלהם (פרט למסה) הפוכים לאלה של מקביליהם ה"רגילים". כלומר, אם לאלקטרון יש מטען חשמלי שלילי, אז לאנטי אלקטרון (הנקרא גם "פוזיטרון") יהיה מטען חשמלי חיובי. יוצא הדופן לתיאור זה הוא הפוטון, שלו אין אף מטען, ולכן הוא האנטי חלקיק של עצמו.

הכינויים חלקיק ואנטי חלקיק יכלו באותה מידה להיות הפוכים. הסיבות העיקריות לכך שחלקיקים נקראים "חלקיקים" ולא "אנטי חלקיקים" היא שהם נפוצים הרבה יותר, לפחות באזור שלנו של היקום, והתגלו קודם [2]. יקום העשוי מחלקיקים בלבד יהיה זהה מבחינה פיזיקלית ליקום העשוי מאנטי חלקיקים בלבד, ויתנהג לרוב בצורה זהה - יתקיימו בו אותם החוקים הפיזיקליים ואותן האינטראקציות. הדרך היחידה להבדיל בין חלקיקים לאנטי חלקיקים, היא דרך תגובה עם חלקיקים או אנטי חלקיקים אחרים, או דרך תגובות חלשות (הכוח החלש הוא אחד מהכוחות היסודיים בטבע, והיחיד ששובר את הסימטריה בין חלקיקים לאנטי חלקיקים) שמערבבות בין חלקיקים לאנטי חלקיקים.

הפיזיקאי זוכה פרס נובל, ריצ'רד פיינמן, פיתח טכניקה לחישוב תגובות בין חלקיקים הנקראת "דיאגרמות פיינמן" ומתבססת על עבודה קודמת של ארנסט שטוקלברג [3]. במהלך עבודתו, שם לב פיינמן למשהו מעניין: אם נדמיין אנטי חלקיקים כחלקיקים הנעים אחורה בזמן, התיאור הבסיסי של התגובות השונות בטבע לא ישתנה. כדי להבין רעיון זה, נדמיין התנגשות בין חלקיק לאנטי חלקיק כמו סרט המציג התנגשות בין שני כדורי ביליארד. בשל המטענים ההפוכים, הם ימשכו זה לזה, כלומר, הכדורים יתנגשו. לשם נוחות, נניח שהכדור שמייצג את החלקיק קבוע במקומו, והכדור השני, שמייצג את האנטי-חלקיק, מתנגש בו. כעת, אם נריץ את הסרט אחורה, המשיכה תהפוך לדחייה, והכדור שנע דווקא יברח מהכדור שמונח במקומו. במילים אחרות, אם נהפוך את כיוון הזמן, האנטי חלקיק יתנהג בדיוק כמו חלקיק!
תיאור לא שגרתי זה בהחלט מעורר את הדמיון ונותן זווית השקפה מעניינת על היקום שלנו. אבל, עד כה, אין אישוש משמעותי לנכונותו.

הערה חשובה היא, שתיאור זה הוא אפשרי רק בהנחה שבטבע קיימת סימטריה בשם CPT, עליה כתבנו בעבר [4]. לפי סימטריה זו, אם נשקף (כמו דרך מראה) את המרחב, נהפוך את כיוון הזמן, ונחליף בין חלקיקים לאנטי חלקיקים, היקום שנקבל יהיה זהה לחלוטין ליקום שלנו. סימטריה זו תואמת את כל התצפיות שלנו עד כה. הקשר בין חלקיקים ואנטי חלקיקים לכיוון הזמן נובע מסימטריה זו, שכן נובע ממנה שלהפוך את כיוון הזמן זו פעולה זהה ללהפוך את כיוון המרחב ולהחליף חלקיקים באנטי חלקיקים.
מה המשמעות של כל זה, והאם אנטי חלקיקים הם באמת חלקיקים החוזרים בזמן?

כרגע, מדובר בעיקר באופן בו אנו  "מציירים" לעצמו את הפיזיקה. חישובים שמשתמשים בתיאור הזה עובדים מצויין, אולם גם חישובים שלא משתמשים בו. לכן, ככל הנראה לא תהיה תשובה אחת מוסכמת לטענה בזמן הקרוב ואם היא תהפוך למוסכמה, יהיה זה רק כחלק מתיאור מורכב יותר עם תחזיות פיזיקליות. בכל זאת, צורות השקפה יוצאות דופן כבר הובילו בעבר לגילויים משמעותיים, גם אם בעת פיתוחן לא נראה היה שהן בעלות משמעות עמוקה, ואולי כך יהיה גם בתיאור לפיו אנטי חלקיקים הם חלקיקים החוזרים בזמן.

יניב טננבאום קטן הוא בעל דוקטורט בפיזיקה.

תודה לIdan Levee, שפוסט זה נכתב בעקבות שיחה איתו על ופל לימון.

מקורות וקישורים לקריאה נוספת:

[1] על מטען, באתר מדע גדול, בקטנה

[2] על אנטי חומר ועל תעלומת האנטי חומר החסר, באתר מדע גדול, בקטנה

[3] על דיאגרמות פיינמן, באתר מדע גדול, בקטנה

[4] על סימטריית CPT, באתר מדע גדול, בקטנה