Vedci doteraz vykonali najpresnejšie meranie antihmoty a výsledky len prehĺbili tajomstvo, prečo život, vesmír a všetko, čo v ňom existuje.
Nové merania ukazujú, že antihmota a hmota sa k neuveriteľne vysokej presnosti správajú rovnako.
Napriek tomu tieto nové merania nemôžu odpovedať na jednu z najväčších otázok fyziky: Prečo, ak sa počas Veľkého tresku vytvorili rovnaké časti hmoty a antihmota, je dnes náš vesmír zložený z hmoty?
Vesmír v rovnováhe
Náš vesmír je založený na rovnováhe protikladov. Pre každý typ „normálnej“ častice, vyrobenej z hmoty, existuje konjugované antičastice rovnakej hmotnosti, ktoré má opačný elektrický náboj produkovaný súčasne. Elektróny majú protichodné antielektróny alebo pozitróny; protóny majú antiprotóny; a tak ďalej.
Keď sa však častice hmoty a antihmoty stretnú, zničia sa a zanechajú iba zvyšnú energiu. Fyzici tvrdia, že Veľký tresk mal vytvoriť rovnaké množstvo hmoty a antihmoty a každý by zabezpečil vzájomné zničenie toho druhého, čím by zanechal detský vesmír bez stavebných blokov života (alebo čokoľvek iného). Napriek tomu sme vo vesmíre zloženom takmer úplne z hmoty.
Ale tu je kicker: Nevieme o žiadnom prastarom antihmote, ktorý by z Veľkého tresku vyšiel. Prečo - ak sa antihmota a hmota správajú rovnako - prežil jeden druh hmoty Veľký tresk a druhý nie?
Jedným z najlepších spôsobov, ako odpovedať na túto otázku, je čo najpresnejšie zmerať základné vlastnosti hmoty a jej antihmotové konjugáty a porovnať tieto výsledky, uviedol Stefan Ulmer, fyzik z Riken vo Wako v Japonsku, ktorý sa nezúčastnil nového výskum. Ak existuje mierna odchýlka medzi vlastnosťami hmoty a korelovanými antihmotovými vlastnosťami, mohlo by to byť prvé vodítko na vyriešenie najväčšej whodunity fyziky. (V roku 2017 vedci zistili určité mierne rozdiely v správaní sa niektorých partnerov antihmoty, ale výsledky neboli štatisticky dostatočne silné, aby sa dali považovať za objav.)
Ale ak vedci chcú manipulovať s antihmotou, musia to starostlivo dosiahnuť. V posledných rokoch sa niektorí fyzici zaoberali štúdiom antihydrogénu alebo protikusového vodíka vodíka, pretože vodík je „jednou z vecí, ktorým najlepšie rozumieme vo vesmíre“. , Výroba antihydrogénu zvyčajne zahŕňa zmiešanie 90 000 antiprotónov s 3 miliónmi pozitrónov, aby sa vyrobilo 50 000 atómov vodíka, z ktorých iba 20 bolo zachytených magnetmi v 11-palcovej (28 centimetrovej) valcovej skúmavke na ďalšie štúdium.
Teraz, v novej štúdii uverejnenej dnes (4. apríla) v časopise Nature, tím Hangst dosiahol bezprecedentnú normu: Doposiaľ vykonali najpresnejšie meranie antihydrogénu alebo akéhokoľvek antihmoty. V 15 000 atómoch antihydrogénu (premýšľajte o tom, že vyššie uvedený proces miešania asi 750 krát) študovali frekvenciu svetla, ktoré atómy emitujú alebo absorbujú, keď preskočia z nižšieho energetického stavu na vyšší.
Merania vedcov ukázali, že energetické úrovne antihydrogénových atómov a množstvo absorbovaného svetla súhlasili s ich vodíkovými náprotivkami s presnosťou 2 diely na bilión, čo sa dramaticky zlepšilo pri predchádzajúcej presnosti merania rádovo na milión dielov.
„Je veľmi zriedkavé, že sa experimentátorom podarilo zvýšiť presnosť o faktor 100,“ povedal Ulmer pre Live Science. Myslí si, že ak tím Hangstov bude pokračovať v práci ďalších 10 až 20 rokov, bude schopný zvýšiť úroveň presnosti vodíkovej spektroskopie o ďalší faktor 1 000.
Pre Hangst - hovorca spolupráce ALPHA v Európskej organizácii pre jadrový výskum (CERN), ktorý tieto výsledky priniesol - bol tento úspech výsledkom desaťročia.
Uviaznutie antihmoty bolo hlavným činom, povedal Hangst.
„Pred dvadsiatimi rokmi si ľudia mysleli, že sa to nikdy nestane,“ povedal. "Je to experimentálna prehliadka sily, aby to bolo vôbec možné."
Nové výsledky sú veľmi pôsobivé, uviedol Michael Doser, fyzik v spoločnosti CERN, ktorý sa na práci nezúčastnil.
„Počet zachytených atómov pre toto meranie (15 000) je obrovským zlepšením vlastných záznamov len pred niekoľkými rokmi,“ uviedol Doser.
Čo nám teda hovorí najpresnejšie meranie antihmoty? Nanešťastie, nie viac, ako sme už vedeli. Podľa očakávania sa vodík a antihydrogénové látky a antihmota správajú rovnako. Teraz už len vieme, že sú identické pri meraní častíc na trilión. Ulmer však uviedol, že meranie na 2 bilióny na trilión nevylučuje možnosť, že sa medzi oboma typmi látok niečo odchyľuje pri ešte väčšej presnosti, ktorá doteraz bránila meraniu.
Pokiaľ ide o Hangsta, menej sa zaujíma o odpoveď na otázku, prečo náš vesmír hmoty existuje tak, ako to je bez antihmoty - čo nazýva „slonom v miestnosti“. Namiesto toho sa on a jeho skupina chcú zamerať na vykonanie ešte presnejších meraní a na skúmanie toho, ako antihmota reaguje s gravitáciou - spadne ako normálna hmota alebo by mohla spadnúť?
A Hangst si myslí, že záhadu možno vyriešiť do konca roku 2018, keď CERN vypne na dva roky aktualizácie. „Máme ďalšie triky na rukáve,“ povedal. "Zostaňte naladení."
