Учените са направили най-прецизното измерване на антиматерията досега и резултатите само задълбочават загадката защо животът, Вселената и всичко в нея съществува.
Новите измервания показват, че до невероятно висока степен на точност антиматерията и материята се държат идентично.
Но тези нови измервания не могат да отговорят на един от най-големите въпроси във физиката: Защо, ако по време на Големия взрив са се образували равни части и антиматерия, нашата Вселена днес е съставена от материя?
Вселена в баланс
Нашата Вселена е основана на баланса на противоположностите. За всеки тип "нормална" частица, направена от материя, има свързана античастица със същата маса, която има противоположния електрически заряд, произведен по едно и също време. Електроните имат противоположни антиелектрони или позитрони; протоните имат антипротони; и така нататък.
Когато материите и антиматериалните частици се срещнат обаче, те се унищожават, оставяйки само остатъчна енергия зад себе си. Физиците твърдят, че е трябвало да има еднакви количества материя и антиматерия, създадени от Големия взрив, и всеки би осигурил взаимното унищожаване на другия, оставяйки бебешка Вселена откъснат от градивните елементи на живота (или каквото и да било, наистина). И все пак тук сме, във вселена, съставена почти изцяло от материя.
Но ето го кикър: Не знаем нито една изначална антиматерия, която я е изкарала от Големия взрив. Така че защо - ако антиматерията и материята се държат по един и същи начин - един вид материя оцелява ли при Големия взрив, а другият не?
Един от най-добрите начини да се отговори на този въпрос е да се измери максимално основните свойства на материята и нейните антиматериални конюгати и да се сравнят тези резултати, заяви Стефан Улмер, физик от Рикен в Уако, Япония, който не участва в новото изследване. Ако има леко отклонение между свойствата на материята и корелираните свойства на антиматерията, това би могло да бъде първата улика за решаване на най-голямата физика на физиката. (През 2017 г. учените откриха някои леки разлики в начина на поведение на някои материални антиматериални партньори, но резултатите не бяха статистически достатъчно силни, за да се считат за откритие.)
Но ако учените искат да манипулират антиматерията, те трябва старателно да го направят. През последните години някои физици се заеха да изучават антихидроген или водороден антиматериален колега, тъй като водородът е „едно от нещата, които разбираме най-добре във Вселената“, каза съавторът на проучването Джефри Хангст, физик от университета в Орхус в Дания, пред Live Science , Правенето на антихидроген обикновено включва смесване на 90 000 антипротона с 3 милиона позитрони за получаване на 50 000 антихидрогенни атома, само 20 от които са уловени с магнити в 11-инчова (28 сантиметрова) цилиндрична тръба за по-нататъшно изследване.
Сега, в ново проучване, публикувано днес (4 април) в списание Nature, екипът на Hangst постигна безпрецедентен стандарт: Те са извършили най-точното измерване на антихидроген - или какъвто и да е вид антиматерия изобщо - до момента. В 15 000 атома антихидроген (помислете, че правят гореспоменатия процес на смесване около 750 пъти), те изследвали честотата на светлината, която атомите излъчват или абсорбират, когато прескачат от състояние на по-ниска енергия към по-високо.
Измерванията на изследователите показват, че енергийните нива на антихидрогенните атоми и количеството на погълнатата светлина са съгласувани с техните водородни колеги с точност 2 части на трилион, като драстично се подобряват при предишната точност на измерване от порядъка на части на милиард.
"Много рядко експерименталистите успяват да увеличат точността с коефициент 100", каза Улмър пред Live Science. Той смята, че ако екипът на Hangst продължи работата в продължение на още 10 до 20 години, те ще могат да увеличат нивото си на точност на водородна спектроскопия с допълнителен коефициент от 1000.
За Hangst - говорителят на сътрудничеството по ALPHA в Европейската организация за ядрени изследвания (CERN), която даде тези резултати - това постижение беше десетилетия в момента.
Капана и държането на антиматерия беше основен подвиг, заяви Hangst.
"Преди двадесет години хората мислеха, че това никога няма да се случи", каза той. "Това е експериментална обиколна сила, за да можем да направим това изобщо."
Новите резултати са много впечатляващи, Майкъл Дозер, физик в ЦЕРН, който не е участвал в работата, каза пред Live Science в имейл.
„Броят на хванатите атоми за това измерване (15 000) е огромно подобрение на собствените записи отпреди няколко години“, каза Дозер.
И така, какво ни казва дори най-прецизното измерване на антиматерията? Е, за съжаление, не много повече, отколкото вече знаехме. Както се очаква, водородът и антихидрогенът - материята и антиматерията - се държат идентично. Сега просто знаем, че те са идентични при измерване на части на трилион. Въпреки това, Улмер каза, че измерването от 2 части на трилион не изключва възможността нещо да се отклонява между двата типа материя с още по-голямо ниво на точност, което досега е опровергало измерването.
Що се отнася до Hangst, той е по-малко загрижен да отговори на въпроса защо нашата вселена на материята съществува, както става без антиматерия - това, което той нарича „слонът в стаята“. Вместо това той и неговата група искат да се съсредоточат върху извършването на още по-прецизни измервания и изследват как антиматерията реагира с гравитацията - пада ли тя като нормална материя или може да падне?
А Hangst смята, че мистерията може да бъде разрешена преди края на 2018 г., когато CERN ще се изключи за две години за ъпгрейди. "Имаме и други трикове в ръкава си", каза той. "Продължавайте да се настройвате."
