Fysiker gjorde de första exakta mätningarna av hur ljus interagerar med partiklar av antimateria och fann inte signifikanta skillnader i dess beteende jämfört med vanlig materia, vilket återigen fick forskare att undra varför universum finns. Deras resultat publicerades i tidskriften Nature.
”Detta är de första riktiga spektroskopiska mätningarna av egenskaperna hos antimateria som erhålls med lasrar. Den ultrahöga precisionen i våra senaste mätningar har varit en stor prestation för vårt team. Vi har försökt nå denna milstolpe i 30 år och vi har äntligen lyckats förverkliga denna dröm, säger Jeffrey Hangst, officiell representant för ALPHA-samarbetet.
Enligt forskare idag, i de första ögonblicken efter Big Bang, dök en lika stor mängd materia och antimateria upp. Samtidigt säger fysikens standardmodell att egenskaperna hos antimateriella partiklar speglar egenskaperna hos deras tvillingar, med undantag för laddningen. Med andra ord måste de kemiska och fysikaliska egenskaperna hos atomerna hos antimateria och materia vara identiska.
Eftersom materia och antimateria förstörs vid kollision, under universums födelse, var deras partiklar tvungna att förstöra varandra och beröva universum alla reserver av både materia och antimateria. Därför uppstår frågan - var försvann antimaterialet och varför universum finns.
Det antas att ett av orsakerna till "asymmetri av materia" kan ligga i förekomsten av små men ganska betydande skillnader i strukturen och egenskaperna hos antimateriella partiklar. Under de senaste åren har fysiker funnit flera tips om att sådana skillnader, till exempel i massor av protoner och antiprotoner, fortfarande existerar, men deras exakta förändring hämmas av instrumentens låga noggrannhet och den mikroskopiska skalan hos denna asymmetri.
Angst och hans kollegor har under många år försökt hitta antydningar om skillnader i egenskaperna hos materie och antimateria med hjälp av ALPHA-2-enheten, en speciell fälla för positroner och antiprotoner, som tvingar dem att kombinera och bilda enskilda atomer av antimateria. På grund av absolut isolering kan det förekomma atomer av antimateria i denna fälla i flera dagar utan att ruttas eller förintas.
ALPHA-teamet har länge försökt att mäta spektrumet av antihydrogenatomer, och jämförelse med liknande data för väte kommer att visa om ljus interagerar på samma sätt med två former av materia, och om det till och med finns de minsta skillnaderna i massan av deras partiklar.
De första resultaten av detta slag erhölls för sex år och två år sedan, men dessa mätningar var inte korrekta på grund av att de inte genomfördes direkt, men indirekt, med iakttagande av konsekvenserna av kollisionen av partiklar av antimateria och materia. Forskare tvingades agera på detta sätt på grund av att det fanns för få antihydrogenatomer. Detta förhindrade sökandet efter möjliga spår av den "nya fysiken" och lösningen på mysteriet om antimateriets försvinnande.
Kampanjvideo:
Angst och hans kollegor kunde lösa detta problem genom att modifiera fällans struktur på ett sådant sätt att det tillät dem att bestråla antihydrogen med sju typer av laserstrålar på en gång. Genom att kombinera bilder som erhållits under sådan "skalning" kunde forskare öka noggrannheten i mätningarna med 100 gånger och uppnå en felnivå som inte översteg två delar per biljon. Detta är bara tre storleksordningar mindre än den noggrannhet som uppnåtts vid "avfyrning" av väte.
Liksom i de två sista gångerna sammanföll spektrat av materia och antimateria helt, vilket antyder att de interagerar med ljus på samma sätt och antagligen har identisk massa. Tillsammans med andra nyligen genomförda mätningar av andra egenskaper hos antiprotons, gör denna upptäckt forskare alltmer undrar var skillnaden mellan materia och antimateria "gömmer".
De första svaren på dessa frågor, som Angst och hans kollegor hoppas, kommer att mottas mycket snart, när ALPHA-2 moderniseras och utvidgas, vilket kommer att öka noggrannheten i spektrummätningar med flera storleksordningar och komma närmare att lösa mysteriet om universums existens.
