Mullitav, räpane vaakum täidab kvantruumi, moonutades universumi iga vesinikuaatomi kuju. Ja nüüd me teame, et see moonutab ka vesiniku veidra maailma antimaterjalist kaksikut: antivesinikku.
Antimaterjal on meie universumis vähetuntud aine, harva esinev aine, mis jäljendab ainet peaaegu ideaalselt, kuid millel on kõik omadused ümber. Näiteks elektronid on pisikesed aineosakesed, mis kannavad negatiivset laengu. Nende antimaterjalist kaksikud on pisikesed positronid, mis kannavad positiivset laengu. Kombineerige elektron ja prooton (suurem, positiivselt laetud aine osake) ja saate lihtsa vesinikuaatomi. Kombineerige antimaterjali positron "antiprotoniga" ja saate antivesiniku. Kui tavaline mateeria ja antimaterjal puudutavad, hävivad aine ja antimaterjali osakesed üksteist.
Praegu näib antimaterjal olevat täiuslik, antagonistlik mateeria kaksik ja füüsika üheks suureks müsteeriumiks on see, miks mateeria hakkas kosmoses domineerima, kuna antimaterjalist sai universumis natuke mängijat. Mingi erinevuse leidmine nende kahe vahel võiks aidata selgitada moodsa universumi ülesehitust.
Lambalihe oli hea koht sedalaadi erinevuste otsimiseks, ütles Makoto Fujiwara, CERN-iga seotud Kanada osakeste füüsik ja uue uuringu kaasautor, 19. veebruar ajakirjas Nature. Kvantfüüsikud on sellest Arizona ülikooli füüsiku Willis Lambi nimelise kummalise kvantmõju kohta teada saanud juba aastast 1947. Ameerika füüsikute esimesel suurel sõjajärgsel konverentsil paljastas Lamb, et midagi nähtamatut vesinikuaatomite sees surub nende sisemisi osakesi, tekitades suurema lõhe prootoni ja tiirleva elektroni vahel, kui olemasolev tuumateooria lubas.
"Ligikaudu öeldes on lambaliha nihe" vaakumi "mõju füüsiliseks ilminguks," rääkis Fujiwara Live Science'ile. "Kui tavaliselt mõtled vaakumile, siis mõtled" mitte millelegi ". Kvantfüüsika teooria kohaselt täidetakse vaakum aga nn virtuaalsete osakestega, mis pidevalt sünnivad ja hävivad. "
Lühikeste, poolreaalsete osakeste varjamatu mullitamine mõjub ümbritsevale universumile tõeliselt. Ja vesinikuaatomite sees loob see rõhu, mis eraldab kaks seotud osakest. Ootamatu avastus võitis Lambi 1955. aastal Nobeli füüsikapreemia.
Kuid kuigi füüsikud on aastakümneid teadnud, et Lambi nihe muutis vesinikku, polnud neil aimugi, kas see mõjutab ka antivesinikku.
Fujiwara ja tema kaasautorid soovisid teada saada.
"Meie uuringute üldeesmärk on näha, kas vesiniku ja antivesiniku vahel on erinevusi, ja me ei tea ette, kuhu see erinevus võib ilmneda," rääkis Fujiwara Live Science'ile.
Küsimuse uurimiseks kogusid teadlased murettekitavalt antihüdrogeeniproove, kasutades Euroopa tuumauuringute organisatsioonis (CERN), mis on mandri hiiglaslikus tuumafüüsika laboris antibakteriaalse antigeeniga Laser Physics Apparat (ALPHA) antimaterjali katset. Fujiwara ütles, et ALPHA-l kulub mõni tund antihüdrogeeniproovi genereerimiseks, mis on piisavalt suur töötamiseks.
See suspendeerib aine magnetvälja, mis tõrjub ainet. Seejärel tabasid ALPHA teadlased lõksu jäänud antivesinikku laservalgusega, et uurida, kuidas antimaterjal interakteerub footonitega, mis võib paljastada väikeste anti-aatomite varjatud omadused.
Korrates oma katset tosin korda erinevatel antivesinikuproovidel erinevates tingimustes, ei leidnud ALPHA teadlased mingit erinevust Lambi nihe vesinikus ja Lambi nihe antihüdrogeenis, mida nende instrumendid suudaksid tuvastada.
"Praegu pole antihüdrogeeni ja tavalise vesiniku põhiliste omaduste vahel teada erinevust," ütles Fujiwara. "Kui leiame erinevuse, isegi väikseima summa, sunnib see radikaalselt muutma oma füüsilise universumi mõistmise viisi."
Ehkki teadlased pole veel mingeid erinevusi leidnud, on antivesinikfüüsika alles noor valdkond. Füüsikutel polnud isegi 2002. aastal kraamiproove kergelt uuritud ja ALPHA ei hakanud regulaarselt vesinikuproove püüdma kuni 2011. aastani.
See avastus on "esimene samm", ütles Fujiwara, kuid veel on veel palju uurida, enne kui füüsikud mõistavad, kuidas vesinik ja antivesinik on võrreldavad.
