Бълбукащ, дрезгав вакуум запълва квантово пространство, изкривявайки формата на всеки водороден атом във Вселената. И сега знаем, че тя също така изкривява водородния бизаро-световен антиматериен близнак: антихидроген.
Антиматерията е малко разбираемо вещество, рядко срещано в нашата Вселена, което имитира материя почти перфектно, но с всички свойства, преобърнати наоколо. Например, електроните са малки частици от материята, които носят отрицателен заряд. Техните антиматериални близнаци са мънички „позитрони“, които носят положителен заряд. Комбинирайте електрон и протон (по-голяма, положително заредена материална частица) и получавате обикновен водороден атом. Комбинирайте антиматериален позитрон с "антипротон" и получавате антихидроген. Когато редовно материята и антиматерията се докосват, частиците от материята и антиматерията се унищожават взаимно.
В момента антиматерията изглежда перфектният, антагонистичен близнак на материята и една от най-големите загадки на физиката е защо материята доминира в космоса, тъй като антиматерията става малко играч във вселената. Намирането на някаква разлика между двете може да помогне да се обясни структурата на съвременната Вселена.
Смяната на Агнето беше добро място за търсене на тази разлика, каза Макото Фудживара, канадски физик на частици, свързан с CERN и съавтор на новото проучване, публикувано на 19 февруари в списанието Nature. Квантовите физици са знаели за този странен квантов ефект, кръстен на физика от Университета на Аризона Уилис Ламб от 1947 г. На първата голяма следвоенна конференция на американските физици Ламб разкри, че нещо невиждано във водородните атоми изтласква вътрешните им частици, създавайки по-голяма празнина между протона и орбитиращия електрон, отколкото съществуващата ядрена теория позволява.
„Грубо казано, смяната на Агнето е физическо проявление на ефекта на„ вакуума “, каза Фудживара пред Live Science. „Когато обикновено мислите за вакуума, мислите за„ нищо “. Но според теорията на квантовата физика вакуумът се запълва с така наречените „виртуални частици“, които постоянно се раждат и унищожават “.
Това необикновено бълбукане на кратки, полу-реални частици има реално въздействие върху заобикалящата Вселена. А вътре във водородните атоми той създава налягане, което разделя двете свързани частици. Неочакваното откритие спечели Ламб през 1955 г. Нобелова награда по физика.
Но докато физиците от десетилетия знаят, че смяната на Агнеца променя водорода, те не са имали представа дали влияе и на антихидрогена.
Фудживара и неговите съавтори искаха да разберат.
"Общата цел на нашите проучвания е да видим дали има разлика между водород и антихидроген. Не знаем предварително къде може да се появи такава разлика", заяви Фудживара пред Live Science.
За да проучат въпроса, изследователите старателно събирали проби от антихидроген, използвайки антимитрогенния апарат за лазерна физика (ALPHA), антиматериен експеримент в Европейската организация за ядрени изследвания (CERN), гигантската лаборатория за ядрена физика на континента. ALPHA отнема няколко часа, за да генерира антихидрогенна проба, достатъчно голяма за работа, каза Фудживара.
Той суспендира веществото в магнитни полета, които отблъскват материята. След това изследователите на ALPHA удрят хванатия антихидроген с лазерна светлина, за да проучат как антиматерията взаимодейства с фотоните, което може да разкрие скрити свойства на малките анти-атоми.
Повтаряйки експеримента си десетина пъти върху различни антихидрогенни проби при различни условия, изследователите на ALPHA не откриват разлика между изменението на агнетата във водорода и изменението на агнетата в антихидрогена, което техните инструменти могат да открият.
"В момента не е известна разлика между основните свойства на антихидрогена и обикновения водород", каза Фудживара. "Ако намерим някаква разлика, дори и най-малката сума, това би наложило радикална промяна в начина, по който разбираме физическата си вселена."
Въпреки че изследователите все още не са открили разлики, физиката на водорода е все още млада област. Физиците дори не са имали лесно проучени проби от нещата до 2002 г. и ALPHA не започна рутинно да улавя водородни проби до 2011 г.
Това откритие е "първа стъпка", каза Фудживара, но има още много още да се проучи, преди физиците наистина да разберат как водородът и антихидрогенът се сравняват.
