Selvom dette er foreløbige data, mener forskere, at gentagne målinger vil bekræfte deres oprindelige fund.
Fysikere fra ALPHA-projektet, der er baseret på CERN, præsenterede de første data om målinger af den fine struktur i spektret af antimaterielle partikler, hvorfra man kan drage konklusioner om strukturen i dets kvanteenerginiveau. I dette viste det sig at svare til almindelig stof, skriver forskere i en artikel offentliggjort af det videnskabelige tidsskrift Nature.
”Opdagelsen af eventuelle uoverensstemmelser i egenskaberne ved materie og antimaterie vil bogstaveligt ryste grundlaget for standardmodellen. Disse målinger hjalp os med at realisere vores langvarige drøm og studere nogle aspekter af interaktionen af antimateriale med det omgivende rum, herunder måling af forskydningen af dets lavere energiniveau,”kommenterede Jeffrey Hangst, officiel repræsentant for ALPHA-projektet.
Kosmologer antyder, at materie og antimaterie i universet i de første øjeblikke af dets liv var omtrent lige store. Alle kemiske og fysiske egenskaber af deres partikler, undtagen ladningen, måtte være de samme - medmindre standardmodellen naturligvis er ufuldstændig eller fejlagtig (denne teori beskriver de fleste interaktioner mellem alle elementære partikler, som videnskaben kender nu).
Dette modsætter imidlertid selve eksistensen af virkelighed, da alle partikler af stof og antimaterie var nødt til at ødelægge hinanden, kolliderer og gensidigt udslettes i de første øjeblikke efter Big Bang. Derfor har forskere kranglet i mange årtier og spekulerer på, hvorfor der praktisk taget ikke er noget antimaterie i det observerbare univers.
Mange fysikere mener, at svaret på denne gåte ligger i de mindste forskelle i egenskaber, opførsel og struktur af partiklerne af antimateriale og stof. Forskere har for nylig fundet mange antydninger om, at sådanne uoverensstemmelser kan forekomme, for eksempel i masserne af protoner og antiprotoner. Imidlertid har fysikere endnu ikke bekræftet nogen af dem.
Hangst og hans kolleger har forsøgt at finde dem i mange år ved hjælp af ALPHA-2 instrumentet, en speciel magnetisk fælde til positroner og antiprotoner, der tvinger dem til at kombinere og danne enkelt antimateriale atomer. De første målinger af denne art, som forskere udførte i 2012, 2016 og 2018, viste, at der ikke er nogen forskel i måden, hvorpå lys exciterer elektroner og positroner i atomer med antimaterie og stof.
Salgsfremmende video:
Antimatter hemmeligheder
I en ny række eksperimenter har CERN-forskere målt det såkaldte lamskifte til antimaterie for første gang. Dette er, hvad forskere kalder små forskelle i, hvor to specifikke energiniveau i atomet, 2s og 2p, er placeret. I henhold til teorien skulle deres position falde sammen, men i virkeligheden er det ikke sådan - de viser sig at være forskudt i forhold til hinanden.
Eksistensen af dette hul skyldes det faktum, at partikler af stof og antimaterie konstant interagerer på kvantniveau med par virtuelle partikler og antipartikler, som kontinuerligt fødes og forsvinder i tomrummet. Spor deraf kan ses i den såkaldte "fine struktur" af atomet, et sæt smalle bånd i det spektrum, som teoretisk forudsagte energiniveauer er opdelt i.
Projekt ALPHA studerede først strukturen af dette sæt linjer ved at føre 90.000 antihydrogenatomer gennem et magtfuldt magnetfelt og derefter bestråle dem med en ultraviolet laser og se, hvordan deres spektrum ændrede sig som et resultat. Forskerne brugte disse data til at beregne lamskiftet af antimaterie og sammenligne dem med en lignende parameter for brint.
Generelt faldt de opnåede værdier sammen med målinger for almindeligt stof og med resultaterne af teoretiske beregninger, der tog hensyn til kvanteeffekter. Som Hangst understreger, er disse data stadig foreløbige, men allerede nu kan vi sige, at målinger af den konstante struktur ikke kan afvige fra teoriens forudsigelser med mere end 2%, og Lambeskiftet med mere end 11%.
I den nærmeste fremtid planlægger ALPHA-medlemmer at gennemføre mere nøjagtige målinger ved at afkøle antihydrogenatomer til temperaturer tæt på absolut nul. Disse observationer, håber forskere, endelig vil bekræfte, at værdierne af lamskiftet for stof og antimaterie er de samme, og at de vil hjælpe fysikere med nøjagtigt måling af antiprotons radius.