Teadlased on antimaterjali veel kõige täpsemini mõõtnud ja tulemused ainult süvendavad saladust, miks elu, universum ja kõik see olemas on.
Uued mõõtmised näitavad, et uskumatult suure täpsusega käituvad antimaterjal ja aine identselt.
Kuid need uued mõõtmised ei suuda vastata ühele füüsika suurimale küsimusele: Miks koosneb meie universum tänapäeval ainest, kui Suure Paugu ajal moodustusid võrdsetes osades mateeria ja antimaterjal?
Universum tasakaalus
Meie universumi aluseks on vastandite tasakaal. Iga tüüpi "normaalse" osakese jaoks, mis on valmistatud ainest, on sama massiga konjugeeritud osake, millel on samal ajal vastupidine elektrilaeng. Elektronidel on vastandlikud antielektronid või positronid; prootonitel on antiprotoonid; ja nii edasi.
Kui mateeria ja antimaterjali osakesed kohtuvad, hävitavad nad aga üksteise, jättes alles allesjäänud energia. Füüsikud väidavad, et Suure Paugu poolt oleks tulnud tekitada võrdses koguses ainet ja antimaterjali ning igaüks neist oleks taganud teineteise vastastikuse hävitamise, jättes beebik universumile elu alustalad (või mis iganes, tegelikult). Ometi oleme siin universumis, mis koosneb peaaegu täielikult ainest.
Kuid siin on kicker: me ei tea ühtegi ürgset antimaterjali, mis selle Suurest Paugust välja lõi. Miks siis - kui antimaterjal ja mateeria käitusid ühtemoodi - kas üks ainetüüp elas üle Suure Paugu ja teine mitte?
Üks parimaid viise sellele küsimusele vastamiseks on võimalikult põhjalikult mõõta mateeria ja selle antimaterjalide konjugaatide põhiomadusi ning võrrelda neid tulemusi, ütles Jaapanis Wako linnas asuva Rikeni füüsik Stefan Ulmer, kes ei olnud uuega seotud uurimistöö. Kui mateeria omaduste ja korrelatiivsete antimaterjalide omaduste vahel on väike kõrvalekalle, võib see olla esimene näpunäide füüsika suurima kurjategija lahendamisel. (2017. aastal leidsid teadlased väikseid erinevusi mõnede antimaterjalide partnerite käitumises, kuid tulemused ei olnud statistiliselt piisavalt tugevad, et lugeda avastuseks.)
Kuid kui teadlased soovivad antimaterjaliga manipuleerida, peavad nad selle vaevaga tegema. Viimastel aastatel on mõned füüsikud asunud uurima antihüdrogeeni ehk vesiniku antimaterjalist vastavat ainet, sest vesinik on "üks neist asjadest, mida mõistame kõige paremini universumis", rääkis uuringu kaasautor Taanis Aarhusi ülikooli füüsik Jeffrey Hangst Live Science'ile. . Antivesiniku valmistamine hõlmab tavaliselt 90 000 antiprotooni segamist 3 miljoni positroniga, et tekiks 50 000 antivesiniku aatomit, millest ainult 20 on edasisteks uuringuteks magnetidega kinni püütud 11-tollise (28 sentimeetri) silindrilisse torusse.
Nüüd, 4. aprillil ajakirjas Nature avaldatud uues uuringus on Hangsti meeskond saavutanud enneolematu standardi: nad on siiani kõige täpsemini mõõtnud anti vesinikku - või mis tahes tüüpi antimaterjali -. 15 000 antivesiniku aatomiga (mõelge, et teadsite eelnimetatud segamisprotsessi umbes 750 korda) uurisid nad valguse sagedust, mida aatomid kiirgavad madalama energiaga olekust kõrgemale.
Teadlaste mõõtmised näitasid, et antivesinikuaatomite energiatase ja neeldunud valguse kogus lepiti kokku nende vesiniku kolleegidega täpsusega 2 osa triljoni kohta, parandades dramaatiliselt eelmise mõõtmise täpsust suurusjärgus miljardites osades.
"See on väga haruldane, kui eksperimenteerijatel õnnestub täpsust 100-kordselt suurendada," rääkis Ulmer Live Science'ile. Ta arvab, et kui Hangsti meeskond jätkab tööd veel 10 kuni 20 aastat, suudavad nad vesinikuspektroskoopia täpsuse taset suurendada veel 1000-ga.
Neid tulemusi andnud Hangst - Euroopa Tuumauuringute Organisatsiooni (CERN) ALPHA koostöö pressiesindaja - saavutas selle saavutamise aastakümneid.
Antimestari püüdmine ja hoidmine oli suur feat, ütles Hangst.
"Kakskümmend aastat tagasi arvasid inimesed, et seda ei juhtu kunagi," ütles ta. "See on eksperimentaalne tuur, et seda üldse teha."
Uued tulemused on väga muljetavaldavad, rääkis CERNi füüsik Michael Doser, kes polnud tööga seotud, Live Science'ile e-kirjas.
"Selle mõõtmise lõksus olevate aatomite arv (15 000) on tohutu paranemine vaid mõne aasta taguste rekordite osas," ütles Doser.
Mida ütleb meile isegi kõige täpsem antimaterjali mõõtmine? Noh, kahjuks mitte palju rohkem, kui me juba teadsime. Nagu eeldatud, käituvad vesinik ja anti vesinik - aine ja antimaterjal - identselt. Nüüd me lihtsalt teame, et triljoni osa mõõtmisel on need identsed. Ulmer ütles aga, et 2-triljoni osa mõõtmine ei välista võimalust, et midagi erineb nende kahe tüübi vahel veelgi suurema täpsusega, mis seni on mõõtmist trotsinud.
Hangsti osas on tema jaoks vähem tähtis vastata küsimusele, miks meie mateeria universum eksisteerib nii, nagu see eksisteerib ilma antimaterjalikuta - mida ta nimetab "ruumis asuvaks elevandiks". Selle asemel tahavad ta koos oma grupiga keskenduda veelgi täpsemate mõõtmiste tegemisele ja uurida, kuidas antimaterjal reageerib gravitatsioonile - kas see kukub alla nagu tavaline aine või võib see üles kukkuda?
Ja Hangst arvab, et mõistatuse võiks lahendada enne 2018. aasta lõppu, kui CERN sulgub kaheks aastaks uuenduste jaoks. "Meil on varrukast teisigi nippe," ütles ta. "Olge kursis."
