Konstruując świat Matka Natura nie grzeszyła rozrzutnością. Niemal wszystko, z czym stykamy się na co dzień, składa się z atomów zbudowanych na podstawie tego samego, dość prostego przepisu: trójki kwarków (dolnych i górnych) należy odpowiednio posklejać w protony i neutrony, po czym utworzyć z nich większe kompleksy - jądra atomowe. Te ostatnie trzeba jeszcze otoczyć chmurami elektronów i gotowe. Kwarki zaledwie dwóch rodzajów plus elektrony to zadziwiająco skromny zestaw podstawowych klocków. Fizycy znają znacznie więcej cząstek elementarnych. Próbują tworzyć z nich atomy, które w naturze nie występują. Jak zbudować egzotyczny atom? Można byłoby zrobić coś z jądrem, na przykład wymienić znajdujące się w nim cząstki na inne. Ten pomysł jest jednak trudny do zrealizowania. Znacznie prostsze są zabawy z zewnętrznymi częściami atomów - tymi, w których przebywają elektrony. Cząstki te można dość łatwo zastąpić innymi, byle o tym samym, ujemnym ładunku elektrycznym. Dobrym kandydatem są miony. Ponieważ mion ma masę ok. 200 razy większą od elektronu, przebywa bliżej jądra. Tak skonstruowany atom jest więc mniejszy, bardziej zwarty. Ten wyścig w kategorii wagowej można kontynuować, bo na liście cząstek elementarnych znajdziemy jeszcze kilka z ujemnym ładunkiem elektrycznym i dużą masą. Należą do nich na przykład niektóre mezony (270 mas elektronu) oraz mezony K (prawie 1000 mas elektronu). Mezony nie są fundamentalnymi cegiełkami natury. Każdy z nich to kompleks - para, w której cząstka ze świata materii (kwark) oddziałuje z cząstką antymaterialną (antykwarkiem). Fizycy szybko zrozumieli, że antymateria jest niezwykle atrakcyjnym tworzywem do budowy egzotycznych atomów. Antycząstki najważniejszych cegiełek naszego świata - kwarków i elektronów - różnią się znakiem ładunku elektrycznego. Zatem jeśli elektron ma ładunek elektryczny ujemny, jego antycząstka - pozyton - musi mieć dodatni. Podobnie jeśli w dodatnio naładowanym protonie podmienimy oba kwarki górne i dolny na odpowiadające im antykwarki, otrzymamy antyproton o ujemnym ładunku elektrycznym. A skoro antyproton jest ujemny, nic nie stoi na przeszkodzie, aby wykorzystać go w charakterze superciężkiego zamiennika elektronu. Wówczas w atomie zaczynają się dziać naprawdę ciekawe rzeczy. Jak to się dzieje, że elektron krążąc wokół jądra atomowego nie spada? Gdyby poruszał się jak planety, powinien stopniowo tracić energię, co skończyłoby się uderzeniem w jądro. Atomy byłyby nietrwałe, a przecież nie są. Sporo czasu zajęło, zanim zrozumieliśmy, że w rzeczywistości elektrony także spadają, lecz skokami, i że proces ten kończy się długo przed dotarciem do jądra. W pewnym momencie elektron po prostu dociera na "orbitę", na której ma najmniejszą energię z możliwych. Ta "orbita" znajduje się bardzo daleko od centrum, dlatego zwykłe atomy są ok. 10 tys. razy większe od jąder i są trwałe. A my możemy istnieć. Gdy antyproton porusza się wokół jądra, wyrzuca z atomu elektrony i emituje promieniowanie rentgenowskie, a to oznacza utratę energii i związany z tym spadek na niższą "orbitę". Tym razem nie ma happy endu. Antyproton ma masę niemal 2 tys. razy większą od elektronu i najbardziej wewnętrzna "orbita", odpowiadająca najniższej energii, znajduje się wewnątrz atomowego jądra. Musi dojść do zderzenia. Antykwarki w antyprotonie anihilują wówczas z kwarkami w protonach lub neutronach jądra (podczas tych oddziaływań cząstka i odpowiadająca jej antycząstka zostają zamienione na fotony), przy okazji prowadząc do zniszczenia całego kompleksu. Ten efektowny proces jest niezastąpionym narzędziem w badaniu struktury jąder atomowych. Podczas spadku antyproton cały czas emituje promieniowanie rentgenowskie. Fizycy mierzą je bardzo skrupulatnie, zazwyczaj od momentu, w którym antyproton wyrzucił już wszystkie elektrony z atomu. Gdy emisja rentgenowska ustanie i pojawi się promieniowanie anihilacyjne, wiemy, że antyproton dotarł do jądra. W ten sposób możemy wnioskować o rozmiarach i strukturze tego ostatniego. Egzotyczne atomy z antyprotonami zamiast elektronów są więc doskonałymi narzędziami do badania zjawisk zachodzących wewnątrz atomowych jąder. Największym producentem antyprotonów jest CERN - ośrodek Europejskiej Organizacji Badań Jądrowych, którego kluczowe urządzenia znajdują się pod Genewą. Antyprotony miesza się tam ze zwykłymi jądrami atomowymi, co w części przypadków prowadzi do powstania egzotycznych atomów. - Badania atomów antyprotonowych prowadzi się od 30 lat. Takie działania to obecnie standard - mówi prof. Sławomir Wycech z Instytutu Problemów Jądrowych (IPJ) w Świerku. Naukowcy planują jednak pójść dalej. Chcą zbudować dziwaczne atomy na dziwacznych jądrach, które będą się składać (podobnie jak zwykłe) z protonów i neutronów, ale tych ostatnich będzie więcej niż w pierwiastkach występujących obecnie w przyrodzie.