Znanstveniki so doslej izvedli najbolj natančno meritev antimaterije, rezultati pa le še poglabljajo skrivnost, zakaj življenje, vesolje in vse v njem obstajajo.
Nove meritve kažejo, da se antimaterija in materija do neverjetno visoke natančnosti obnašata enako.
Kljub temu pa te nove meritve ne morejo odgovoriti na eno največjih fizičnih vprašanj: Zakaj, če so v času Velikega poka nastali enaki deli in antimaterija, je naše vesolje danes sestavljeno iz snovi?
Vesolje v ravnovesju
Naše vesolje je zasnovano na ravnovesju nasprotij. Za vsak tip "normalnega" delca, ki je izdelan iz snovi, obstaja konjugirani antidelec enake mase, ki ima hkrati nasproten električni naboj. Elektroni imajo nasprotne antielektrone ali pozitrone; protoni imajo antiprotone; in tako naprej.
Ko pa se srečajo delci materije in antimaterije, se med seboj uničijo in za seboj puščajo le preostalo energijo. Fiziki trdijo, da bi morale biti velike količine snovi in antimaterije ustvarjene z velikim praskom, in vsaka bi zagotovila medsebojno uničenje, puščala bi otroško vesolje odvzeto (ali kaj drugega v resnici). Pa vendar smo tu, v vesolju, sestavljenem skoraj v celoti iz materije.
Ampak tukaj je igralec: Ne vemo nobene prvinske antimaterije, ki bi jo naredila iz velikega poka. Zakaj torej - če se antimaterija in materi obnašata enako - je ena vrsta matere preživela Veliki prašek, druga pa ne?
Eden najboljših načinov za odgovor na to vprašanje je, da se čim bolj natančno izmerijo temeljne lastnosti materije in njegovih konjugatov protimikatov ter primerjajo te rezultate, je dejal Stefan Ulmer, fizik v Rikenu na Japonskem, ki ni bil vključen v novo raziskave. Če med lastnostmi materije in povezanimi lastnostmi antimaterije obstaja majhno odstopanje, bi to lahko bil prvi namig pri reševanju največje fizične lastnosti. (V letu 2017 so znanstveniki ugotovili nekaj majhnih razlik v vedenju nekaterih zadevnih protimotičnih partnerjev, vendar rezultati niso bili statistično dovolj močni, da bi lahko šteli kot odkritje.)
Če pa znanstveniki želijo manipulirati z antimaterijo, jo morajo mukotrpno izvesti. V zadnjih letih so se nekateri fiziki lotili preučevanja antihidrogena ali vodikove antimaterije, saj je vodik "ena izmed stvari, ki jih najbolje poznamo v vesolju," je za Live Science povedal soavtor študije Jeffrey Hangst, fizik z univerze Aarhus na Danskem. . Izdelava antihidrogena običajno vključuje mešanje 90.000 antiprotonov s 3 milijoni positronov, da nastane 50.000 atomov vodika, od tega jih je le 20 ujetih z magneti v 11-palčni (28 centimetrski) cilindrični cevi za nadaljnjo preučevanje.
Zdaj je v novi raziskavi, objavljeni danes (4. aprila) v reviji Nature, Hangstova ekipa dosegla brez primere standard: Do zdaj so izvedli najbolj natančno merjenje antihidrogena - ali katere koli vrste antimaterije. V 15.000 atomov antihidrogena (pomislite, da je bil omenjeni postopek mešanja približno 750-krat) so preučevali frekvenco svetlobe, ki jo atomi oddajajo ali absorbirajo, ko skočijo iz nižjega energijskega stanja v višje.
Meritve raziskovalcev so pokazale, da sta se raven energije v vodikovih atomov in količina absorbirane svetlobe z natančnostjo 2 delov na trilijone strinjala s svojimi vodikovimi kolegi, kar je bistveno izboljšalo prejšnjo merilno natančnost v vrstnem redu delov na milijardo.
"Zelo redko je, da eksperimentalistom uspe natančnost povečati za faktor 100," je za Live Science povedal Ulmer. Misli, da bodo lahko, če bo Hangstova ekipa nadaljevala delo še nadaljnjih 10 do 20 let, zvišala stopnjo natančnosti vodikove spektroskopije za nadaljnji faktor 1000.
Za Hangsta - tiskovnega predstavnika za sodelovanje ALPHA pri Evropski organizaciji za jedrske raziskave (CERN), ki je te rezultate dosegla - je bil ta dosežek desetletja.
Hangst je dejal, da je sledenje in zadrževanje antimaterije največji podvig.
"Pred dvajsetimi leti so ljudje mislili, da se to ne bo nikoli zgodilo," je dejal. "To je eksperimentalna sila, da bi to sploh lahko storili."
Novi rezultati so zelo impresivni, je Michael Doser, fizik v CERN-u, ki ni bil vključen v delo, v e-sporočilu povedal Live Science.
"Število ujetih atomov za to meritev (15.000) je ogromno izboljšanje lastnih evidenc pred nekaj leti," je dejal Doser.
Kaj nam torej pravi najbolj natančna meritev antimaterije? No, žal ne veliko več, kot smo že vedeli. Kot je bilo pričakovano, se vodik in antihidrogenska snov in antimaterija obnašata enako. Zdaj samo vemo, da so enaki pri meritvi delov na trilijone. Vendar je Ulmer dejal, da meritev 2 delov na trilijon ne izključuje možnosti, da med obema vrstama snovi nekaj odstopa s še večjo stopnjo natančnosti, ki je doslej kljubovala merjenju.
Kar zadeva Hangsta, se manj ukvarja z odgovorom na vprašanje, zakaj naše vesolje materije obstaja tako kot brez antimaterije - kar imenuje "slon v sobi." Namesto tega se želita s svojo skupino osredotočiti na natančnejše meritve in raziskati, kako antimaterija reagira s težo - ali pade dol kot običajna snov ali bi lahko padla navzgor?
In Hangst meni, da bi skrivnost lahko rešili pred koncem leta 2018, ko bo CERN za nadgradnje za dve leti ugasnil. "Imamo druge trike v rokavu," je dejal. "Ostani na vezi."
