Znanstvenici su do sada napravili najpreciznije mjerenje antimaterije, a rezultati samo produbljuju misteriju zašto život, svemir i sve u njemu postoje.
Nova mjerenja pokazuju da se antimaterija i materija do nevjerojatno visokog stupnja preciznosti ponašaju identično.
Pa ipak, ta nova mjerenja ne mogu odgovoriti na jedno od najvećih fizičkih pitanja: Zašto, ako su jednaki dijelovi i antimaterija formirani tijekom Velikog praska, je li naš svemir danas sastavljen od materije?
Svemir u ravnoteži
Naš svemir predodređen je na ravnoteži suprotnosti. Za svaku vrstu "normalnih" čestica, načinjenih od tvari, postoji konjugirana anti čestica iste mase koja istodobno stvara suprotan električni naboj. Elektroni imaju suprotstavljene antielektrone ili pozitrone; protoni imaju antiprotone; i tako dalje.
Međutim, kada se čestice materije i antimaterije susretnu, one se uništavaju, ostavljajući samo preostalu energiju. Fizičari tvrde da je trebala postojati jednaka količina materije i antimaterije stvorena Velikim praskom, a svaka bi osigurala međusobno uništenje, ostavljajući bebin svemir bez ikakvih građevnih blokova života (ili bilo čega, u stvari). Pa ipak, tu smo u svemiru sastavljenoj od gotovo cijele materije.
Ali ovdje je poticaj: Ne znamo nijednu iskonsku antimateriju koja ju je načinila iz Velikog praska. Pa zašto - ako su se antimaterija i materija ponašali na isti način - je li jedna vrsta materije preživjela Veliki prasak, a druga nije?
Jedan od najboljih načina da se odgovori na to pitanje je izmjeriti temeljna svojstva materije i njenih konjugata protiv antimaterija što je moguće preciznije i usporediti te rezultate, rekao je Stefan Ulmer, fizičar iz Rikena u Waku u Japanu, koji nije bio uključen u novo istraživanje. Ako postoji malo odstupanje između svojstava materije i povezanih svojstava antimaterije, to bi mogao biti prvi znak za rješavanje najvećeg fizičkog ponašanja. (U 2017. godini, znanstvenici su otkrili neznatne razlike u načinu ponašanja nekih suparničkih antimaterijskih partnera, ali rezultati nisu bili statistički dovoljno jaki da bi se mogli smatrati otkrićem.)
Ali ako znanstvenici žele manipulirati antimaterijom, to moraju mukotrpno napraviti. Posljednjih godina neki su se fizičari bavili proučavanjem antihidrogena, odnosno vodikove antimaterije, jer je vodik "jedno od stvari koje najbolje razumijemo u svemiru", rekao je za Live Science koautor studije Jeffrey Hangst, fizičar sa sveučilišta Aarhus u Danskoj , Izrada antihidrogena obično uključuje miješanje 90 000 antiprotona s 3 milijuna pozitrona za proizvodnju 50 000 atoma vodika, od kojih je samo 20 uhvaćeno magnetima u cilindričnoj cijevi dugoj 11 centimetara (28 centimetara) za daljnje proučavanje.
Sada je u novoj studiji objavljenoj danas (4. travnja) u časopisu Nature, Hangstov tim postigao dosad neviđeni standard: Do sada su izveli najpreciznije mjerenje antihidrogena - ili bilo koje vrste antimaterije. U 15.000 atoma antihidrogena (mislim da se gore spomenutim postupkom miješanja kreće oko 750 puta) proučavali su frekvenciju svjetlosti koju atomi emitiraju ili apsorbiraju kad skaču iz stanja niže energije u više.
Mjerenja istraživača pokazala su da se razina energije atoma vodikogena i količina apsorbirane svjetlosti slažu s njihovim kolegama s vodikom, s preciznošću od 2 dijela na bilijun, dramatično poboljšavajući prethodnu mjernu preciznost u redoslijedu dijelova po milijardi.
"Vrlo je rijetko da eksperimentalisti uspijevaju povećati preciznost za faktor 100", rekao je Ulmer za Live Science. Smatra da će, ako Hangstov tim nastavi rad dodatnih 10 do 20 godina, moći povećati razinu preciznosti vodikove spektroskopije za daljnji faktor od 1.000.
Za Hangsta - glasnogovornika suradnje ALPHA pri Europskoj organizaciji za nuklearna istraživanja (CERN), koja je dala ove rezultate - ovo je dostignuće desetljećima u izradi.
Hvatanje i držanje antimaterije bio je glavni podvig, rekao je Hangst.
"Prije dvadeset godina ljudi su mislili da se to nikada neće dogoditi", rekao je. "To je eksperimentalna sila koja je to uopće sposobna učiniti."
Novi rezultati vrlo su impresivni, rekao je Michael Doser, fizičar iz CERN-a koji nije bio uključen u rad, e-poštom rekao Live Scienceu.
"Broj zarobljenih atoma za ovo mjerenje (15 000) golemo je poboljšanje na vlastitim podacima od prije samo nekoliko godina", rekao je Doser.
Pa što nam govori najpreciznije mjerenje antimaterije? Pa, nažalost, ne puno više nego što smo već znali. Kao što se očekivalo, vodik i antihidrogen - tvar i antimaterija - ponašaju se identično. Sada znamo samo da su identični pri mjerenju dijelova na bilijun. Ipak, Ulmer je rekao da mjerenje 2 dijela po trilijunu ne isključuje mogućnost da nešto odstupi između dvije vrste materije na još većoj razini preciznosti koja je do sada prkosila mjerenju.
Što se tiče Hangsta, on se manje bavi odgovorom na pitanje zašto naš svemir materije postoji kao i bez antimaterije - što on naziva "slon u sobi". Umjesto toga, on i njegova skupina žele se usredotočiti na još preciznija mjerenja i istražiti kako antimaterija reagira gravitacijom - pada li ona kao normalna tvar ili bi mogla pasti?
A Hangst smatra da bi se misterija mogla riješiti prije kraja 2018., kada će CERN ugasiti dvije godine zbog nadogradnje. "Imamo druge trikove do rukava", rekao je. "Spremite se."
