Chociaż są to dane wstępne, naukowcy są przekonani, że powtarzane pomiary potwierdzą ich wstępne ustalenia.
Fizycy z projektu ALPHA z CERN przedstawili pierwsze dane dotyczące pomiarów struktury drobnoziarnistej widma cząstek antymaterii, z których można wyciągnąć wnioski o budowie poziomów energii kwantowej. W tym przypadku okazało się, że jest podobny do zwykłej materii, piszą naukowcy w artykule opublikowanym w czasopiśmie naukowym Nature.
„Odkrycie jakichkolwiek rozbieżności we właściwościach materii i antymaterii dosłownie wstrząśnie podstawą Modelu Standardowego. Pomiary te pomogły nam zrealizować nasze od dawna marzenie i zbadać niektóre aspekty interakcji antymaterii z otaczającą przestrzenią, w tym zmierzyć przesunięcie jej niższych poziomów energii”- powiedział wyniki pracy, oficjalny przedstawiciel projektu ALPHA Jeffrey Hangst.
Kosmolodzy sugerują, że we Wszechświecie w pierwszych chwilach jego życia materia i antymateria były w przybliżeniu równe. Wszystkie chemiczne i fizyczne właściwości ich cząstek, z wyjątkiem ładunku, powinny być takie same - chyba że model standardowy jest niekompletny lub błędny (teoria ta opisuje większość interakcji wszystkich cząstek elementarnych znanych obecnie nauce).
Jest to jednak sprzeczne z samym istnieniem rzeczywistości, ponieważ wszystkie cząstki materii i antymaterii musiały zniszczyć się nawzajem, zderzając się i wzajemnie anihilując w pierwszych chwilach po Wielkim Wybuchu. Dlatego naukowcy kłócą się od wielu dziesięcioleci i zastanawiają się, dlaczego w obserwowalnym Wszechświecie praktycznie nie ma antymaterii.
Wielu fizyków uważa, że odpowiedź na tę zagadkę tkwi w najmniejszych różnicach we właściwościach, zachowaniu i budowie cząstek antymaterii i materii. Naukowcy odkryli ostatnio wiele wskazówek, że takie rozbieżności mogą istnieć, na przykład w masach protonów i antyprotonów. Jednak fizycy jeszcze nie potwierdzili żadnego z nich.
Hangst i jego koledzy od wielu lat próbują je znaleźć za pomocą instrumentu ALPHA-2, specjalnej pułapki magnetycznej na pozytony i antyprotony, która zmusza je do łączenia się i tworzenia pojedynczych atomów antymaterii. Pierwsze tego typu pomiary, które naukowcy przeprowadzili w 2012, 2016 i 2018 roku, wykazały, że nie ma różnicy w sposobie, w jaki światło wzbudza elektrony i pozytony w atomach antymaterii i materii.
Film promocyjny:
Sekrety antymaterii
W nowej serii eksperymentów naukowcy z CERN po raz pierwszy zmierzyli tak zwane przesunięcie Lamb dla antymaterii. To właśnie naukowcy nazywają małymi różnicami w umiejscowieniu dwóch konkretnych poziomów energii w atomie, 2s i 2p. Zgodnie z teorią ich pozycja powinna się pokrywać, ale w rzeczywistości tak nie jest - okazuje się, że są one przesunięte względem siebie.
Istnienie tej luki wynika z faktu, że cząstki materii i antymaterii nieustannie oddziałują na poziomie kwantowym z parami cząstek wirtualnych i antycząstek, które nieustannie rodzą się i znikają w próżni. Ślady tego można dostrzec w tak zwanej „subtelnej strukturze” atomu, zestawie wąskich pasm w widmie, na które rozkładają się teoretycznie przewidywane poziomy energii.
W ramach projektu ALPHA najpierw zbadano strukturę tego zestawu linii, przepuszczając 90 000 atomów przeciwwodoru przez silne pole magnetyczne, a następnie naświetlając je laserem ultrafioletowym i obserwując, jak w rezultacie zmienia się ich widmo. Naukowcy wykorzystali te dane do obliczenia przesunięcia antymaterii Lamb i porównania go z podobnym parametrem dla wodoru.
Generalnie uzyskane wartości pokrywały się z pomiarami dla zwykłej materii oraz z wynikami obliczeń teoretycznych, w których uwzględniono efekty kwantowe. Jak podkreśla Hangst, dane te są nadal wstępne, ale już teraz możemy powiedzieć, że pomiary stałej struktury nie mogą odbiegać od przewidywań teorii o więcej niż 2%, a przesunięcia Baranka o więcej niż 11%.
W najbliższej przyszłości członkowie ALPHA planują przeprowadzić dokładniejsze pomiary poprzez schłodzenie atomów przeciwwodoru do temperatur bliskich zeru absolutnemu. Naukowcy mają nadzieję, że te obserwacje ostatecznie potwierdzą, że wartości przesunięcia Baranka dla materii i antymaterii są takie same oraz że pomogą fizykom dokładnie zmierzyć promień antyprotonu.