Vaikka tämä on alustavaa tietoa, tutkijat uskovat, että toistuvat mittaukset vahvistavat alkuperäiset havaintonsa.
CERNissä toimivan ALPHA-projektin fyysikot esittelivät ensimmäiset tiedot antimateriaalipartikkeleiden spektrin hienorakenteen mittauksista, joista voidaan tehdä johtopäätöksiä sen kvanttienergiatasojen rakenteesta. Tässä se osoittautui olevan samanlainen kuin tavallinen asia, tutkijat kirjoittavat artikkelissa, jonka on julkaissut Science-lehden Nature.
”Mahdollisten erojen havaitseminen aineen ja antimateriaalin ominaisuuksissa ravistaa kirjaimellisesti standardimallin perustaa. Nämä mittaukset auttoivat meitä toteuttamaan pitkäaikaisen unelman ja tutkimaan joitain antimaterian vuorovaikutuksen ympäröivän tilan kanssa, mukaan lukien mittaamaan sen alemman energian tason muutosta , - kertoi työn tulokset, ALPHA-projektin virallinen edustaja Jeffrey Hangst.
Kosmologit väittävät, että maailmankaikkeudessa aine ja antimateria olivat elämänsä ensimmäisinä hetkinä suunnilleen yhtä suuret. Heidän hiukkastensa kaikkien kemiallisten ja fysikaalisten ominaisuuksien, varausta lukuun ottamatta, piti olla samat - paitsi tietenkin, että vakiomalli on epätäydellinen tai virheellinen (tämä teoria kuvaa suurimman osan kaikkien tieteen nykyisin tunnettujen alkuainehiukkasten vuorovaikutuksista).
Tämä on kuitenkin ristiriidassa todellisuuden olemassaolon kanssa, koska kaikkien aineen ja antimateriaalin hiukkasten oli tuhottava toisiaan, törmätty ja tuhottava vasta ensimmäisinä hetkinä ison räjähdyksen jälkeen. Siksi tutkijat ovat kiistelleet vuosikymmenien ajan ja pohtineet, miksi havaittavissa olevassa maailmankaikkeudessa ei ole käytännössä antimateriaa.
Monet fyysikot uskovat, että vastaus tähän arvoitukseen löytyy pienimmistä eroista antimateriaalin ja aineen hiukkasten ominaisuuksissa, käyttäytymisessä ja rakenteessa. Tutkijat ovat viime aikoina löytäneet monia vihjeitä siitä, että tällaisia eroja voi esiintyä esimerkiksi protonien ja antiprotonien massissa. Fyysikot eivät kuitenkaan ole vielä vahvistaneet ketään niistä.
Hangst ja hänen kollegansa ovat yrittäneet löytää heidät monien vuosien ajan käyttämällä ALPHA-2-instrumenttia, erityistä positronien ja antiprotonien magneettista ansaa, joka pakottaa heidät yhdistämään ja muodostamaan yksittäisiä antimateriatomeja. Ensimmäiset tämän tyyppiset mittaukset, jotka tutkijat suorittivat vuosina 2012, 2016 ja 2018, osoittivat, ettei ole mitään eroa siinä, miten valo herättää elektronit ja positronit antimaterian ja aineen atomissa.
Mainosvideo:
Antimaterian salaisuudet
CERN: n tutkijat ovat uudessa kokeilusarjassaan mitattaneet ns. Lampaansiirtymän antimateriaalille ensimmäistä kertaa. Tätä tutkijat kutsuvat pieniksi eroiksi missä atomin sisällä on kaksi erityistä energiatasoa, 2s ja 2p. Teorian mukaan heidän asemansa tulisi olla samat, mutta todellisuudessa näin ei ole - ne osoittautuvat siirtyneiksi toisiinsa nähden.
Tämän aukon olemassaolo johtuu siitä, että aineen ja antimateriaalin hiukkaset ovat jatkuvasti vuorovaikutuksessa kvantitasolla virtuaalihiukkasten ja antihiukkasten parien kanssa, jotka syntyvät jatkuvasti ja katoavat tyhjiön tyhjössä. Tämän jälkiä voidaan nähdä atomin ns. "Hienossa rakenteessa", joka on kapeiden kaistojen joukko spektrissä, johon teoreettisesti ennustetut energiatasot jakautuvat.
Projekti ALPHA tutki ensin tämän linjajoukon rakennetta johtamalla 90 000 antivetyatomia voimakkaan magneettikentän läpi, säteilyttämällä sitten ultraviolettilaserilla ja seuraten kuinka niiden spektri muuttui seurauksena. Tutkijat käyttivät näitä tietoja laskeakseen antimateriaalin lampaansiirron ja vertaa sitä vastaavaan vetyparametriin.
Yleensä saadut arvot osuivat tavallisen aineen mittauksiin ja teoreettisten laskelmien tuloksiin, joissa otettiin huomioon kvanttivaikutukset. Kuten Hangst painottaa, nämä tiedot ovat vielä alustavia, mutta jo nyt voidaan sanoa, että vakiorakenteen mittaukset eivät voi poiketa teorian ennusteista yli 2% ja karitsasiirto yli 11%.
Lähitulevaisuudessa ALPHA: n jäsenet suunnittelevat suorittavan tarkempia mittauksia jäähdyttämällä antivetyatomeja lämpötilaan, joka on lähellä absoluuttista nollaa. Tutkijoiden toiveiden mukaan nämä havainnot vahvistavat lopulta, että lampaansiirtymän arvot aineelle ja antimateriaalille ovat samat ja että ne auttavat fyysikkoja mittaamaan tarkasti antiprotonin säteen.