Połysk lasera może pomóc rozwiązać zagadkę, dlaczego we Wszechświecie jest mniej antymaterii niż zwykłej materii.
Po raz pierwszy fizycy pokazali, że atomy antymaterii wydają się emitować to samo światło co atomy zwykłej materii. Dokładniejsze badanie pomoże rozwiązać zagadkę, dlaczego antymateria jest mniejsza.
Dla każdej cząstki zwykłej materii istnieje podobna cząstka antymaterii o tej samej masie, ale przeciwny ładunek elektryczny. Na przykład pozyton i antyproton są antycząstkami elektronu i protonu.
Kiedy cząstka napotyka antycząstkę, niszczą się nawzajem, emitując strumień energii. Gram antymaterii anihiluje gram substancji i uwalnia około dwóch rezerw energii, pochodzących z upuszczenia bomby atomowej na Hiroszimę. (Nie martw się o niebezpieczeństwo, ponieważ naukowcy wciąż są bardzo daleko od stworzenia grama antymaterii).
Pozostaje tajemnicą, dlaczego jest więcej materii niż antymaterii. Standardowy model fizyki cząstek elementarnych (najlepszy opis tego, jak zachowują się elementy składowe Wszechświata) sugeruje, że Wielki Wybuch powinien był stworzyć je w równych ilościach.
Naukowcy chcieliby dowiedzieć się więcej o antymaterii, zobaczyć różnice w jej zachowaniu i zrozumieć, dlaczego jest ona tak mała. Jednym z kluczowych eksperymentów będzie użycie laserów dla atomów antymaterii, które mogą absorbować i emitować światło w taki sam sposób jak atomy zwykłej materii. Jeśli atomy antywodorowe emitują inne spektrum światła niż atomy wodoru, takie różnice widmowe stworzą pomysły na inne przyczyny ich różnicy. Po raz pierwszy naukowcy wykorzystali lasery do przeprowadzenia analizy spektralnej atomów wodoru.
„Nazwałbym to świętym Graalem fizyki antymaterii” - powiedział współautor badania Jeffrey Hungst, fizyk z Aarhus University w Danii. „Pracuję od ponad 20 lat, aby tak się stało, a projekt został wreszcie uruchomiony”.
Naukowcy eksperymentowali z antyhydrogenem, który jest najprostszym atomem antymaterii, ponieważ wodór jest najprostszym atomem zwykłej materii, składającym się z jednego antyprotonu i jednego pozytonu.
Wydobycie wystarczającej ilości antymaterii do eksperymentów okazało się trudne. Aby stworzyć atomy wodoru, naukowcy wymieszali około 90 000 antyprotonów z 1,6 miliona pozytonów (antyelektronów), co dało około 25 000 atomów wodoru. Do eksperymentu użyto aparatu ALPHA-2 - generatora antymaterii i systemu przechwytywania zlokalizowanego w Europejskiej Organizacji Badań Jądrowych (CERN) w Szwajcarii.
Po utworzeniu atomów, musisz „trzymać się ich bardzo ostrożnie”, powiedział Khangst. Antywodorotlenek jest obojętny elektrycznie i dlatego nie może być utrzymywany na miejscu za pomocą pól elektrycznych i „trzeba go trzymać z dala od materii, ponieważ potrzebuje warunków próżniowych”. Najlepsza temperatura antymaterii jest bliska zeru absolutnemu (minus 459,67 stopni Fahrenheita lub minus 273,15 stopni Celsjusza), więc jest powolna i łatwiejsza do utrzymania. Naukowcy trzymają wodór w bardzo silnych polach magnetycznych. „Teraz udaje nam się utrzymać około 15 atomów wodoru”, mówi Hungst.
Następnie działali antyhydrogenem laserowo, powodując uwolnienie światła przez atomy. Naukowcy zmierzyli widmo - od 10 do dziesiątego stopnia.
Teraz widma światła wodoru i antyhydrogenów są do siebie podobne. Bardziej dokładny pomiar pomoże jednak zidentyfikować różnice między materią a antymaterią, co może odkryć tajemnicę utraty antymaterii i doprowadzić do rewolucyjnych zmian w standardowym modelu. „Możemy zmienić zasady pracy”, mówi Hungst.
