Astronomia
Naukowcy schwytali, uwięzili i przebadali, jak nigdy przedtem, ANTYmaterię

W końcu pojawiły się pierwsze informacje o efektach niezwykle ciekawego projektu, realizowanego w ośrodku CERN pod Genewą. Skupiały się one na lepszym poznaniu antymaterii. Naukowcy są wstrząśnięci, ale nie zmieszani.

W ubiegłym roku, Włosi przeprowadzili po raz pierwszy doświadczenie Junga, w którym wykorzystano pozytony, czyli antycząsteczki elektronów, by sprawdzić, czy wykazują one kwantowo-falową dwoistość i są zgodne z teorią kwantową. Okazuje się, że tak właśnie jest. Pozytony mogą się wzajemnie interferować. Antymateria pod tym względem nie różni się od zwykłej materii. Oznacza to, że jest zgodna z teorią kwantową, a sam eksperyment pokazał, że fizycy w swoim odkrywaniu tajemnic funkcjonowania Wszechświata, znajdują się na odpowiedniej ścieżce.

Teraz podobne doświadczenie zostało wykonane w ośrodku CERN w Szwajcarii. W eksperymencie wziął udział akcelerator o nazwie ALPHA, a naukowcy badali antywodór, który składa się z dodatnio naładowanego pozytonu krążącego wokół ujemnego jądra antyprotonowego.

Fizycy zmierzyli część widma antywodoru, charakterystyczne światło emitowane przez cząstki kwantowe. Częstotliwości lub kolory tego emitowanego światła ujawniają informacje o wewnętrznej strukturze antywodoru, takie jak trajektoria ruchu jego pozytonu, gdy wiruje wokół jądra antyprotonu. Antywodór powinien emitować określone częstotliwości od podczerwieni i czerwieni do fioletu i ultrafioletu, ale ALPHA skupiła się na swoich emisjach w ultrafiolecie.

Naukowcy zmierzyli spektrum antywodoru, wysyłając do nich wiązki lasera, a następnie porównali je z tymi, emitowanymi przez wodór. Zespół ALPHA wykorzystał zderzacze cząstek w CERN, które wytwarzają antyprotony i pozytony. W tym eksperymencie zmieszali około 90 tysięcy antyprotonów z 3 milionami pozytonów. Wszystko to w ekstremalnie niskiej temperaturze, zaledwie pół stopnia powyżej absolutnego zera. Tak niskie temperatury są konieczne, by spowolnić antymaterię i ją badać przez dłuższy czas.

Podczas tych zderzeń, naukowcy wytworzyli zaledwie 30 atomów antywodoru i 500 innych antyatomów. Następnie wysłali pulsujący laser do antywodoru, który spowodował, że antyatomy emitowały światło, którego kolory mierzyli. Później zmierzyli częstotliwości emisji promieniowania ultrafioletowego z dokładnością do 12 cyfr. Jako obiekt mechaniki kwantowej pozyton przestrzega dziwnych zasad, ponieważ może poruszać się tylko pewnymi ścieżkami w odniesieniu do jądra antyprotonu. Te ustalone ścieżki są związane z częstotliwościami światła w spektrum antywodoru. Dokładnie mierząc spektrum, mogą w konsekwencji lepiej opisać związek między pozytonem i jądrem antyprotonowym w antywodorze.

Gdyby Wielki Wybuch nastąpił zgodnie z zasadami określonymi przez Model Standardowy, Wszechświat wytworzyłby w przybliżeniu równe ilości materii i antymaterii. Materia i antymateria dawno by unicestwiły się, a przez to nie pozostałoby wystarczająco dużo materii, by uformować galaktyki, gwiazdy, planety i ludzi. Badając bliżej antymaterię, fizycy mają nadzieję znaleźć wskazówki, dlaczego zwykła materia dominuje we Wszechświecie.

Obecna teoria fizyki, którą fizycy nazywają Modelem Standardowym, przewiduje, że wodór i antywodór powinny zawsze zachowywać się jak lustrzane odbicia. Widmo antywodoru powinno dokładnie pasować do wodoru, zgodnie z przesunięciem Lamba. Taniec między pozytonem i antyprotonem w antywodoru powinien dokładnie podążać za tańcem elektronu i protonu w wodorze.

Eksperymenty w ALPHA pokazały to samo, co u Włoskich naukowców, że antywodór zachowuje się dokładnie tak, jak przewiduje Model Standardowy, czyli jest odbiciem lustrzanym wodoru. Oznacza to, że fizycy wciąż nie są w stanie stwierdzić, dlaczego Wszechświat istnieje, skoro obie cząstki przy zderzeniu anihilują. Jednak nie tracą oni nadziei. Teraz mają w swoich rękach potężne narzędzie, które pozwoli im lepiej badać antycząstki.

Kolejne badania powinny przynieść więcej ciekawych informacji na temat zachowania się antymaterii. Teraz naukowcy zamierzają sprawdzić, czy antywodór poddaje się grawitacji, jak wodór, czy może jednak zamiast opadać, unosi się. Trzymajmy kciuki za to, byśmy w końcu doczekali się długo oczekiwanego przełomu na tym polu.

Źródło: GeekWeek.pl/Nature / Fot. Pixabay