Tiskane izdaje
V torek je o tem dolgo zaželenem dosežku poročala revija Nature in ga označila za pomemben korak k razvoju zelo natančnih testov, s katerimi bi ugotovili, ali obstaja razlika med obnašanjem materije in antimaterije.
Že odkar je bila pred približno sto leti prvič predstavljena domneva o obstoju antimaterije, so si znanstveniki prizadevali, da bi jo razumeli v odnosu do materije in predvsem ugotovili, zakaj je po velikem poku med njima nastalo neravnotežje. V zadnjih desetletjih so se zato osredotočili na raziskovanje v vesolju najbolj pogostega antidelca, to je antivodika.
Kje se skriva antimaterija
Ena glavnih ugank za fizike je vprašanje, zakaj je videti, da je današnje vesolje v glavnem iz materije, čeprav bi po veljavni teoriji standardnega modela fizike delcev moralo biti po velikem poku v enakih delih sestavljeno iz materije in antimaterije. Atome je mogoče »zdražiti« s svetlobo, in ko se znova umirijo, oddajo svetlobo s frekvenco, ki ustvari spektrum. Tega lahko natančno izmerimo s spektroskopijo. Vendar je antimaterijo zelo težko sproducirati in ujeti, saj se v stiku z materijo uniči in jo je tako rekoč nemogoče ali pa zelo težko izmeriti.
Raziskovalci v Cernu so zdaj antimaterijo prvič ujeli v magnetno past in jo dobesedno osvetlili. Pred tem jim je uspelo proizvesti antivodik, niso pa ga utegnili proučiti, preden se je v stiku z materijo izničil. Po poročanju revije Nature je skupina znanstvenikov v Cernovem eksperimentu Alpha po 20-letnem prizadevanju zdaj le pridobila prvo spektralno informacijo o antivodiku. To nemara pomeni začetek nove dobe v raziskovanju antimaterije.
Spektroskopija, s katero merimo, kako elementi vsrkajo ali oddajajo svetlobo, je danes ena glavnih preokupacij fizike, kemije in astronomije. Znanstvenikom omogoča, ne le da razberejo lastnosti atomov in molekul, ampak lahko astrofiziki z njo ugotavljajo sestavo oddaljenih zvezd, ko analizirajo spektrum svetlobe, ki jo te zvezde oddajajo.
Naredili antivodik
O spektrumu vodika, ki sestavlja okoli tri četrtine vse barionske mase v vesolju, je bilo v zadnjih letih opravljenih mnogo študij. Pojasnile so nam marsikaj o materiji in energiji, vendar pa do zdaj fizikom ni uspelo proučiti spektruma antivodika. Da bi to lahko storili, bi morali delce, ki sestavljajo antivodik (to je antiprotone in pozitrone oziroma antielektrone), ujeti in jih ohladiti, da bi jih zbrali skupaj, nato pa bi jih bilo treba v takem stanju, preden bi se v stiku z materijo izničili, zadržati dovolj dolgo, da bi lahko opazovali njihovo obnašanje.
V zadnjih letih je napredek tehnologije vendarle omogočil raziskave antimaterije in odprl vrata možnosti, da fiziki preverijo, ali je antimaterija v skladu s predvidevanji standardnega modela. Tega so se lotili v Cernu pod vodstvom dr. Mostafe Ahmadija z liverpoolske univerze. V sporočilu za javnost je zapisal: »Standardni model predvideva, da sta bili v prvobitnem vesolju po velikem poku materija in antimaterija v enakih količinah. Današnje vesolje pa se nam nasprotno kaže, kot da je sestavljeno pretežno iz materije. To nas fizike spodbuja, da skrbno raziskujemo antimaterijo in poskušamo ugotoviti, ali obstaja asimetrija v fizikalnih zakonih.«
Antimateriji na sledi
S posodobljenimi instrumenti zdaj Alpha ujame atome nevtralnega antivodika in jih zadrži dlje časa, preden se neizogibno izničijo. Medtem opravljajo spektrografske analize z ultravijoličnim laserjem, da bi videli, ali se atomi antivodika obnašajo po istih zakonih kot vodikovi atomi.
»Ugotavljanje, ali se anitvodikov in vodikov atom obnašata po istih zakonih, je glavni cilj raziskave antimaterije. Omogoča nam ga uporaba laserja. Načeloma je premikanje in lovljenje antiprotonov ali pozitronov enostavno, saj so nabiti delci. Toda ko kombiniraš oba tipa, dobiš nevtralni antivodik, ki ga je veliko težje ujeti. Zato smo oblikovali posebno magnetno past, ki izrablja dejstvo, da je antivodik rahlo magneten,« v Cernovem sporočilu za javnost pojasnjuje Jeffrey Hangst, uradni informator pri eksperimentu Alpha.
S to pastjo je Cernovim raziskovalcem uspelo izmeriti frekvenco svetlobe, s katero je mogoče sprožiti prehod pozitrona z najnižje energijske ravni na višjo. Pri tem so odkrili, da znotraj meja eksperimenta ni bilo nobene razlike med spektralnimi podatki antivodika in vodika. To je prvo takšno eksperimentalno odkritje, saj temelji na spektralnem opazovanju antivodikovega atoma, ki je bilo opravljeno prvič na svetu.
Podobnost antimaterije
»Opravili smo prvo lasersko spektroskopsko meritev na atomu antimaterije, za kar smo si že dolgo prizadevali. To zdaj označuje mejnik, preobrat od eksperimentov za dokaz principa k resni metrologiji in natančnim primerjavam CPT z upoštevanjem optičnega spektruma antiatoma. Naš dosežek še kaže, da testiranje fundamentalne simetrije z antimaterijo hitro dozoreva,« še poudarja Hangst.
Skratka, potrditev, da imata materija in antimaterija podobne spektralne lastnosti, dodatno kaže, da standardni model še vedno velja – podobno, kot je potrdilo odkritje Higgsovega bozona leta 2012. Kaže pa tudi na učinkovitost eksperimenta Alpha pri lovljenju delcev antimaterije, ki bo imelo koristi, kot napovedujejo raziskovalci, še v drugih eksperimentih.
Cernovi raziskovalci, navdušeni ob odkritju, že napovedujejo, da bo to imelo drastične učinke. Poleg tega, da ponuja nove načine za preizkus standardnega modela, pričakujejo tudi, da bo pomagalo najti odgovor, zakaj je v vesolju več materije kot antimaterije. Če bi to vedeli, bi se nam lažje razkrilo, kako je vesolje postalo takšno, kot ga poznamo danes.
Načrtujejo pa že tudi nove raziskave antimaterije. Za ta namen gradijo novo napravo za raziskovanje gravitacije, s katero bodo proučevali, kaj bi se zgodilo ob spremembi antimaterije. Napravo, ki so jo poimenovali Alpha-g, bodo zgradili predvidoma do konca prihodnjega leta, prve meritve v njej pa bi opravili leta 2018. Tedaj lahko pričakujemo, da se nam bo odstrla še katera od ugank, povezanih z antimaterijo.
