Nuo tada, kai XX amžiaus pradžioje buvo pasiūlyta egzistuoti antimaterija, mokslininkai siekė suprasti, kaip ji susijusi su normalia materija ir kodėl Visatoje egzistuoja akivaizdus šių dviejų pusiausvyros sutrikimas. Norėdami tai padaryti, dalelių fizikos tyrimais per pastaruosius kelis dešimtmečius dėmesys buvo sutelktas į elementariausio ir gausiausio Visatos atomo prieštankines daleles - anti vandenilio daleles.
Iki šiol tai buvo labai sunku, nes mokslininkai sugebėjo gaminti antihidriną, tačiau ilgai jo negalėjo ištirti, kol nebuvo sunaikinti. Bet remiantis neseniai atliktu tyrimu, kuris buvo paskelbtas 2006 m Gamta, komanda, naudodama ALPHA eksperimentą, sugebėjo gauti pirmąją spektrinę informaciją apie antihidriną. Šis laimėjimas, kuris buvo dvidešimt metų, gali atverti visiškai naują antimaterijos tyrimų erą.
Matavimas, kaip elementai sugeria ar skleidžia šviesą, t. Y. Spektroskopija, yra pagrindinis fizikos, chemijos ir astronomijos aspektas. Tai ne tik leidžia mokslininkams apibūdinti atomus ir molekules, bet ir leidžia astrofizikams nustatyti tolimų žvaigždžių sudėtį, analizuojant jų skleidžiamos šviesos spektrą.
Anksčiau buvo atlikta daug vandenilio, kuris sudaro maždaug 75% visos Visatos barionų masės, spektro. Tai vaidino gyvybiškai svarbų vaidmenį suprantant materiją, energiją ir plėtojant daugelį mokslo disciplinų. Tačiau iki šiol ištirti jos dalelių spektrą buvo nepaprastai sunku.
Pradedantiesiems reikia, kad dalelės, sudarančios antihidriną - antiprotonai ir pozitronai (antielektronai) - būtų sugaunamos ir atvėsinamos, kad jos galėtų susilieti. Be to, šias daleles reikia palaikyti pakankamai ilgai, kad būtų galima stebėti jų elgesį, prieš tai neišvengiamai užmezgant sąlytį su normalia medžiaga ir sunaikinant.
Laimei, per pastaruosius kelis dešimtmečius technologija pažengė į priekį taip, kad dabar įmanoma atlikti antimedžiagos tyrimus, taigi mokslininkams buvo suteikta galimybė nuspręsti, ar antimedžiagos fizika atitinka standartinį modelį, ar peržengia jį. Kaip savo tyrime nurodė CERN tyrimų komanda, kuriai vadovavo dr. Ahmadi iš Liverpulio universiteto Fizikos katedros:
„Standartinis modelis numato, kad pirmykštėje Visatoje po Didžiojo sprogimo turėjo būti vienodi materijos ir antimaterijų kiekiai, tačiau pastebima, kad šiandieninė Visata susideda beveik iš visos paprastosios materijos. Tai motyvuoja fizikus atidžiai ištirti antimateriją, išsiaiškinti, ar fizikos įstatymuose, kurie reglamentuoja du materijos tipus, yra maža asimetrija. “
Nuo 1996 m. Šis tyrimas buvo atliktas naudojant „AnTiHydrogEN Aparatūra“ (ATHENA) eksperimentą, kuris yra CERN „Antiproton Decelerator“ įrenginio dalis. Šis eksperimentas buvo atsakingas už antiprotonų ir pozitronų fiksavimą, tada juos atvėsinus iki taško, kur jie gali sujungti ir sudaryti anitirogeną. Nuo 2005 m. Už šią užduotį tapo ATHENA įpėdinio, ALPHA eksperimento, atsakomybė.
Naudodamas atnaujintus instrumentus, ALPHA fiksuoja neutralaus antihidrogeno atomus ir ilgesnį laiką laiko juos tol, kol neišvengiamai sunaikina. Per tą laiką tyrimų komandos atlieka spektrografinę analizę, naudodamos ALPHA ultravioletinį lazerį, norėdamos pamatyti, ar atomai laikosi tų pačių įstatymų, kaip ir vandenilio atomai. Kaip Jeffrey Hangstas, ALPHA bendradarbiavimo atstovas, CERN atnaujinime paaiškino:
„Antialergijos tyrimų tikslas visada buvo lazeriu stebėti antihidrogeno perėjimą ir palyginti jį su vandeniliu, kad būtų galima įsitikinti, ar jie nepažeidžia tų pačių fizikos įstatymų. Antimatterijos tyrimų tikslas visada buvo ... Antiprotonų ar pozitronų judėjimas ir gaudymas yra lengvas, nes jie yra įkrautos dalelės. Bet kai sujungsite abu, gausite neutralų antihidriną, kurį žymiai sunkiau sulaikyti, todėl mes sukūrėme labai specialų magnetinį spąstus, kurie remiasi tuo, kad antivandenilis yra šiek tiek magnetinis. “
Tai darydama, tyrimo komanda sugebėjo išmatuoti šviesos dažnį, reikalingą norint pozitronui pereiti nuo žemiausio energijos lygio prie kito. Jie nustatė, kad (neperžengiant eksperimentinių ribų) nebuvo skirtumo tarp antihidrogeno ir vandenilio spektrinių duomenų. Šie rezultatai yra pirmieji eksperimentiniai, nes tai yra pirmieji antihidrogeno atomo spektriniai stebėjimai.
Šie rezultatai ne tik leidžia palyginti materiją ir antimedžiaginę medžiagą, bet ir rodo, kad antimaterio elgesys, atsižvelgiant į jo spektrografines savybes, atitinka standartinį modelį. Tiksliau, jie atitinka tai, kas vadinama krūvio-pariteto laiko (CPT) simetrija.
Ši simetrijos teorija, kuri yra pagrindinė nusistovėjusiai fizikai, numato, kad materijos ir antimaterijos energijos lygiai būtų vienodi. Kaip komanda paaiškino savo tyrime:
„Mes atlikome pirmąjį lazerio spektroskopinį matavimą antimaterijos atomui. Tai jau seniai siektas pasiekimas mažai energijos sugaunančioje antimaterijos fizikoje. Tai žymi posūkį nuo principo įrodymo eksperimentų iki rimtos metrologijos ir tikslių CPT palyginimų, naudojant priešatomo optinį spektrą. Dabartinis rezultatas ... parodo, kad AD pagrindinės simetrijos su antimaterija bandymai greitai bręsta. “
Kitaip tariant, patvirtinimas, kad materijos ir antimaterijos spektrinės savybės yra panašios, yra dar vienas požymis, kurį palaiko standartinis modelis - kaip tai padarė 2012 m. Higso Bosono atradimas. Tai taip pat pademonstravo ALPHA eksperimento veiksmingumą sulaikant antimaterio daleles, o tai turės naudos iš kitų antihidrogeno eksperimentų.
Natūralu, kad CERN tyrėjai buvo labai sujaudinti šio radinio, ir tikimasi, kad tai turės drastiškų padarinių. Tikimasi, kad ne tik siūlomos naujos priemonės išbandyti standartinį modelį, bet ir bus daug nuveikta siekiant padėti mokslininkams suprasti, kodėl Visatoje egzistuoja materijos ir antimaterijos pusiausvyros sutrikimas. Tai dar vienas svarbus žingsnis siekiant tiksliai išsiaiškinti, kokia ji buvo Visata, kokią mes žinome.
