Najlepsza nauka - pytania, które chwytają i zmuszają każdego człowieka - są pogrążone w tajemnicy. Gdyby tak było, dwa rodzaje cząstek unicestwiłyby się nawzajem, pozostawiając Wszechświat przesiąknięty energią.
Jak potwierdza nasze istnienie, tak się nie stało. W rzeczywistości natura wydaje się mieć 10-procentową przewagę nad materią nad antymaterią. To jedna z największych tajemnic współczesnej fizyki.
Ale Wielki Zderzacz Hadronów ciężko pracuje, dosłownie przesuwając materię do granic możliwości, aby rozwiązać tę urzekającą tajemnicę. W tym tygodniu CERN stworzył wiązkę atomów wodoru, umożliwiając naukowcom po raz pierwszy dokładne pomiary tego nieuchwytnego antymaterii.
Antycząstki są identyczne z cząsteczkami materii, z wyjątkiem znaku ich ładunku elektrycznego. Tak więc, podczas gdy wodór składa się z dodatnio naładowanego protonu krążącego wokół ujemnie naładowanego elektronu, anty-wodór składa się z ujemnie naładowanego antyprotonu krążącego wokół dodatnio naładowanego antyelektronu lub pozytonu
Chociaż pierwotnego antymaterii nigdy nie zaobserwowano we Wszechświecie, możliwe jest wytworzenie antywodoru w akceleratorze cząstek przez zmieszanie pozytonów i antyprotonów o niskiej energii.
W 2010 r. Zespół ALPHA po raz pierwszy przechwycił i zatrzymał atomy anty-wodoru. Teraz zespół z powodzeniem stworzył wiązkę cząstek przeciwwodoru. W artykule opublikowanym w tym tygodniu w Nature Communications zespół ALPHA donosi o wykryciu 80 atomów wodoru o 2,7 metra poniżej ich produkcji.
„Po raz pierwszy byliśmy w stanie badać anty-wodór z pewną precyzją”, powiedział rzecznik ALPHA Jeffrey Hangst w komunikacie prasowym. „Jesteśmy optymistami, że technika pułapkowania ALPHA przyniesie wiele takich spostrzeżeń w przyszłości.”
Jednym z kluczowych wyzwań jest trzymanie anty-wodoru z dala od zwykłej materii, tak aby nie nawzajem się anihilowały. Aby to zrobić, większość eksperymentów wykorzystuje pola magnetyczne do wychwytywania atomów wodoru na tyle długo, aby je zbadać.
Jednak silne pola magnetyczne niszczą właściwości spektroskopowe atomów antywodoru, dlatego zespół ALPHA musiał opracować innowacyjną konfigurację do przenoszenia atomów antywodoru do regionu, w którym można je badać, z dala od silnego pola magnetycznego.
Aby zmierzyć ładunek antywodoru, zespół ALPHA zbadał trajektorie atomów przeciwwodoru uwalnianych z pułapki w obecności pola elektrycznego. Gdyby atomy wodoru były naładowane elektrycznie, pole je odchyliłoby, podczas gdy atomy obojętne byłyby nieodkształcone.
Wynik, oparty na 386 zarejestrowanych zdarzeniach, daje wartość przeciwwodnego ładunku elektrycznego przy -1,3 x 10-8. Innymi słowy, jego ładunek jest zgodny z zero do ośmiu miejsc po przecinku. Chociaż wynik ten nie jest zaskoczeniem, ponieważ atomy wodoru są elektrycznie obojętne, po raz pierwszy ładunek antiatomy został zmierzony z tak wysoką precyzją.
W przyszłości każda wykrywalna różnica między materią a antymaterią może pomóc rozwiązać jedną z największych tajemnic współczesnej fizyki, otwierając okno na nową dziedzinę nauki.
Artykuł został opublikowany w Nature Communications.
