Vuljan, istančan vakuum ispunjava kvantni prostor, izobličujući oblik svakog atoma vodika u svemiru. A sada znamo da ona također izobličava vodikov bizarni antimaterijski blizanac: antihidrogen.
Antimaterija je malo razumljiva tvar, rijetka u našem svemiru, koja oponaša materiju gotovo savršeno, ali sa svim svojstvima koja se vrte oko nje. Na primjer, elektroni su sitne čestice materije koje nose negativan naboj. Njihovi antimaterijski blizanci sitni su "pozitroni" koji nose pozitivan naboj. Kombinirajte elektron i proton (veću česticu s pozitivno nabijenom materijom) i dobit ćete jednostavan atom vodika. Kombinirajte pozitron antimaterije sa "antiprotonom" i dobit ćete antihidrogen. Kada se redovita tvar i antimaterija dodiruju, čestice materije i antimaterije se uništavaju.
Trenutačno se čini da je antimaterija savršeni, antagonistički blizanac materije, a jedna od velikih misterija fizike je zašto je materija prevladala u svemiru jer je antimaterija postala igrač u svemiru. Pronalaženje neke razlike između njih dvoje moglo bi pomoći objasniti strukturu suvremenog svemira.
Jaganjčeva smjena bilo je dobro mjesto za traženje te razlike, rekao je Makoto Fujiwara, kanadski fizičar čestica povezanih s CERN-om i koautor nove studije, objavljene 19. veljače u časopisu Nature. Kvantni fizičari znaju za ovaj čudan kvantni efekt, nazvan po fizičaru Sveučilišta u Arizoni Willis Lamb, od 1947. Na prvoj velikoj poslijeratnoj konferenciji američkih fizičara, Lamb je otkrio da nešto neviđeno unutar atoma vodika gura na njihove unutarnje čestice, stvarajući veći jaz između protona i orbitirajućeg elektrona nego što je to dopuštala postojeća nuklearna teorija.
"Grubo rečeno, Jaganjčeva promjena je fizička manifestacija učinka vakuuma", rekao je Fujiwara Live Science. "Kad normalno razmišljate o vakuumu, mislite na" ništa ". Međutim, prema teoriji kvantne fizike, vakuum je ispunjen takozvanim "virtualnim česticama", koje se stalno rađaju i uništavaju. "
Ta neuobičajena žuborenja kratkih, napola pravih čestica ima stvarni utjecaj na okolni svemir. A unutar atoma vodika stvara pritisak koji razdvaja dvije povezane čestice. Neočekivano otkriće osvojio je Lamb Nobelovu nagradu za fiziku 1955. godine.
No, iako su fizičari desetljećima znali da Jaganjčeva smjena mijenja vodik, nisu imali pojma utječe li to i na antihidrogen.
Fujiwara i njegovi koautori htjeli su saznati.
"Opći cilj naših studija je vidjeti postoji li razlika između vodika i antihidrogena. Ne znamo unaprijed gdje se takva razlika može pokazati", rekao je Fujiwara za Live Science.
Da bi proučili to pitanje, istraživači su mukotrpno prikupili uzorke antihidrogena pomoću eksperimenta antimateronske laserske fizike (ALPHA) antimaterijskog eksperimenta pri Europskoj organizaciji za nuklearna istraživanja (CERN), ogromnom laboratoriju nuklearne fizike kontinenta. ALPHA treba nekoliko sati kako bi se stvorio uzorak antihidrogena dovoljno velik za rad, rekao je Fujiwara.
Suspenzira tvar u magnetskim poljima koja odbijaju materiju. Istraživači ALPHA-e su zatim laserskim svjetlom pogodili zarobljeni antihidrogen kako bi proučili kako antimaterija interakciju s fotonima, što može otkriti skrivena svojstva malih anti-atoma.
Ponavljajući svoj eksperiment desetak puta na različitim uzorcima antihidrogena u različitim uvjetima, istraživači ALPHA nisu otkrili razliku između promjene janjetine u vodiku i promjene janjetine u antihidrogenu koju bi njihovi instrumenti mogli otkriti.
"Trenutno nije poznata razlika između temeljnih svojstava antihidrogena i redovnog vodika", rekao je Fujiwara. "Ako pronađemo bilo kakvu razliku, čak i najmanju količinu, to bi nam nametnulo radikalnu promjenu u načinu na koji razumijemo naš fizički svemir."
Iako istraživači još uvijek nisu otkrili razlike, fizika vodika još je mlado polje. Fizičari čak nisu imali lako proučavane uzorke stvari do 2002. godine, a ALPHA nije započela rutinsko hvatanje uzoraka vodika do 2011. godine.
Ovo je otkriće "prvi korak", rekao je Fujiwara, no preostaje nam još mnogo toga za proučavanje prije nego što fizičari stvarno shvate kako se vodik i antihidrogen uspoređuju.
