Naukowcy z CERN znaleźli sposób na zbadanie ewentualnych różnic między atomami wodoru a ich odpowiednikami złożonymi z antymaterii. Takie porównanie pomoże wyjaśnić dlaczego cała antymateria przepadła, a nasz wszechświat jest złożony tylko z materii.

W środę ukazała się w "Nature" praca, która zawiera wyniki badań eksperymentu ALPHA, trwającego w ośrodku badawczym CERN pod Genewą. Jego celem jest dokonanie pomiarów widma światła, emitowanego przez atomy antywodoru.

Fizycy z zespołu ALPHA wytwarzają atomy antywodoru, składające się z antyprotonów i pozytonów (antymaterialnych odpowiedników elektronów). Znaleźli też sposób na to, aby przetrzymywać antymaterię w pułapkach magnetycznych, przez stosunkowo długi czas, chroniąc je przed kontaktem ze zwykłą materią i anihilacją. W czerwcu ubiegłego roku przedstawiciele grupy ALPHA poinformowali, że są w stanie utrzymać antywodór w pułapce przez około 1000 sekund.

Naukowcy znaleźli sposób, aby uzyskać pomiar widma antywodoru

Zwykły wodór bada się naświetlając atomy, przez co wzbudzają się one, czyli elektrony obiegające proton przeskakują na wyższe orbity. Później atom "stygnie", emitując nieco światła. Częstotliwość rozchodzenia się tego światła tworzy charakterystyczne widmo, które można zmierzyć. Zgodnie z podstawowymi założeniami fizyki, antywodór powinien emitować światło o identycznym widmie. I to właśnie chcą sprawdzić członkowie zespołu ALPHA.

"Wodór jest najpowszechniej występującym pierwiastkiem we wszechświecie i wyjątkowo dobrze znamy jego budowę. Teraz możemy ostatecznie zacząć odkrywać prawdę o antywodorze. Czy się różnią? Z pewnością możemy powiedzieć, że czas pokaże" - powiedział rzecznik eksperymentu ALPHA Jeffrey Hangst.

W opublikowanej w środę pracy, uczeni napisali, że udało im się dokonać pierwszych pomiarów widma antywodoru. Atomy antymaterii uwięzione były w złożonej pułapce, wytwarzającej pole magnetyczne odpowiednio dopasowane do biegunów magnetycznych andywodoru. Po naświetleniu mikrofalami o precyzyjnie dobranej częstotliwości, bieguny magnetyczne atomów zmieniają się, co uwalnia antymaterię z pułapki. Kiedy to się dzieje, antywodór napotyka zwykłą materię i anihiluje, pozostawiając charakterystyczny ślad w detektorach, otaczających pułapkę. Umożliwia to rejestrację emisji tej dodatkowej energii, którą dostarczono atomom przez naświetlanie.

Jednocześnie te pomiary pokazują, że przez naświetlanie można zmienić wewnętrzne właściwości antywodoru, podobnie jak robi się to ze zwykłym wodorem. W najbliższej przyszłości zespół ALPHA będzie pracował nad udoskonaleniem pomiarów z użyciem mikrofal i rozpocznie równoległe pomiary z użyciem światła laserowego.

Antymateria to fenomen znany fizykom od dziesięcioleci

Każda cząstka elementarna ma swój anty-odpowiednik, który zasadniczo różni się od niej tym, że ma ładunek elektryczny o przeciwnym znaku. Czyli antyproton jest cząstką o masie i innych własnościach protonu, ale o ujemnym ładunku, zaś antyelektron (inaczej pozyton) ma masę elektronu, ale ładunek dodatni. Mówi się też, że cząstka i anty-cząstka są swoimi lustrzanymi odbiciami.

Jednak cząstki i anty-cząstki nie żyją ze sobą w przyjaźni. Gdy cząstka antymaterii zetknie się ze swoją bliźniaczą cząstką materii, to obie ulegają anihilacji, czyli znikają zamieniając się w fotony - czystą energię. Ta własność antymaterii została wykorzystana przez autora powieści "Anioły i demony" Dana Browna, który opisał ładunek wybuchowy, składający się z małego pojemnika z antymaterią, której siła anihilacji mogła zniszczyć Watykan.