Fizycy przeprowadzili pierwsze dokładne pomiary interakcji światła z cząsteczkami antymaterii i nie znaleźli znaczących różnic w jego zachowaniu w porównaniu ze zwykłą materią, co po raz kolejny skłoniło naukowców do zastanowienia się, dlaczego wszechświat istnieje. Ich odkrycia zostały opublikowane w czasopiśmie Nature.
„To pierwsze rzeczywiste pomiary spektroskopowe właściwości antymaterii uzyskanych za pomocą laserów. Niezwykle wysoka precyzja naszych najnowszych pomiarów była dużym osiągnięciem naszego zespołu. Od 30 lat staramy się osiągnąć ten kamień milowy iw końcu udało nam się zrealizować to marzenie”- powiedział Jeffrey Hangst, oficjalny przedstawiciel współpracy ALPHA.
Według dzisiejszych naukowców, w pierwszych chwilach po Wielkim Wybuchu pojawiła się taka sama ilość materii i antymaterii. Jednocześnie Standardowy Model Fizyki mówi, że właściwości cząstek antymaterii odzwierciedlają cechy ich bliźniaków, z wyjątkiem ładunku. Innymi słowy, chemiczne i fizyczne właściwości atomów antymaterii i materii muszą być identyczne.
Ponieważ materia i antymateria ulegają anihilacji podczas zderzenia, podczas narodzin Wszechświata ich cząstki musiały niszczyć się nawzajem, pozbawiając wszechświat wszelkich rezerw zarówno materii, jak i antymaterii. Powstaje zatem pytanie - gdzie „zniknęła” antymateria i dlaczego istnieje Wszechświat.
Uważa się, że jedną z przyczyn „asymetrii materii” może być istnienie niewielkich, ale dość znaczących różnic w budowie i właściwościach cząstek antymaterii. W ostatnich latach fizycy odkryli kilka wskazówek, że takie różnice, na przykład w masach protonów i antyprotonów, nadal istnieją, ale ich dokładna zmiana jest utrudniona przez małą dokładność instrumentów i mikroskopijną skalę tej asymetrii.
Angst i jego koledzy od wielu lat próbują znaleźć ślady różnic we właściwościach materii i antymaterii za pomocą urządzenia ALPHA-2, specjalnej pułapki na pozytony i antyprotony, zmuszając je do łączenia się i formowania pojedynczych atomów antymaterii. Ze względu na absolutną izolację, atomy antymaterii mogą istnieć w tej pułapce przez kilka dni bez rozkładu i anihilacji.
Zespół ALPHA od dawna próbuje zmierzyć widmo atomów przeciwwodoru, którego porównanie z podobnymi danymi dla wodoru pokaże, czy światło oddziałuje w ten sam sposób z dwiema formami materii i czy istnieją nawet najmniejsze różnice w masie ich cząstek.
Pierwsze tego typu wyniki uzyskano sześć i dwa lata temu, ale pomiary te nie były dokładne ze względu na to, że nie były wykonywane bezpośrednio, ale pośrednio, obserwując konsekwencje zderzenia cząstek antymaterii i materii. Naukowcy zostali zmuszeni do takiego postępowania, ponieważ atomów przeciwwodoru było za mało. Uniemożliwiło to poszukiwanie ewentualnych śladów „nowej fizyki” i rozwiązanie tajemnicy zniknięcia antymaterii.
Film promocyjny:
Angst i jego koledzy byli w stanie rozwiązać ten problem, modyfikując konstrukcję pułapki w taki sposób, aby umożliwić im naświetlanie przeciwwodoru siedmioma rodzajami wiązek laserowych jednocześnie. Łącząc zdjęcia uzyskane podczas takiego „ostrzału”, naukowcy byli w stanie zwiększyć dokładność pomiarów o 100 razy i osiągnąć poziom błędu nieprzekraczający dwóch części na bilion. To tylko o trzy rzędy wielkości mniej niż dokładność osiągana przy „wypalaniu” wodoru.
Podobnie jak w dwóch ostatnich przypadkach, widma materii i antymaterii całkowicie się pokrywały, co sugeruje, że oddziałują one ze światłem w ten sam sposób i przypuszczalnie mają identyczną masę. W połączeniu z innymi niedawnymi pomiarami innych właściwości antyprotonów, odkrycie to sprawia, że naukowcy coraz częściej zastanawiają się, gdzie „ukrywa się” różnica między materią a antymaterią.
Pierwsze odpowiedzi na te pytania, na co mają nadzieję Angst i jego koledzy, nadejdą już niedługo, kiedy ALPHA-2 zostanie zmodernizowana i rozbudowana, co zwiększy dokładność pomiarów widma o kilka rzędów wielkości i zbliży się do rozwiązania tajemnicy istnienia Wszechświata.