A buborékos, durva vákuum kitölti a kvantumteret, torzítva az univerzum minden hidrogénatomját. És most tudjuk, hogy torzítja a hidrogén bizarro-világ antianyag ikerjét: az antihidrogént.
Az antianyag egy kevéssé ismert anyag, ritka az univerzumban, amely szinte tökéletesen utánozza az anyagot, de minden tulajdonsága megfordult. Az elektronok például apró anyagrészecskék, amelyek negatív töltést hordoznak. Antianyag ikrek apró „pozitronok”, amelyek pozitív töltést hordoznak. Kombinálj egy elektronot és egy protont (egy nagyobb, pozitív töltésű anyag részecskét), és kapsz egy egyszerű hidrogénatomot. Kombináljon egy anti-antiter pozitron és "antiproton", és kapsz antihidrogént. Amikor a szabályos anyag és az antianyag érintkezik, az anyag és az antianyag részecskék megsemmisítik egymást.
Jelenleg az antianyag úgy tűnik, hogy az anyag tökéletes, antagonista kettős, és a fizika egyik legnagyobb rejtélye az, hogy miért az anyag uralkodott az űrben, mivel az antianyag kicsit játszott szerepet az univerzumban. A kettő közötti különbség megtalálása segíthet megmagyarázni a modern világegyetem felépítését.
A bárányváltás jó hely volt az ilyen különbségek keresésére - mondta Makoto Fujiwara, a CERN-rel kapcsolt kanadai részecskefizikus és az új tanulmány társszerzője, amelyet február 19-én jelentettek meg a Nature folyóiratban. A kvantumfizikusok 1947 óta tudnak erről a furcsa kvantumhatásról, amelyet Arizonai Egyetem fizikusa, Willis Lamb neveztek el. Az amerikai fizikusok első háború utáni konferenciáján Lamb kiderítette, hogy a hidrogénatomok valami láthatatlan nyomást gyakorol belső részecskéikre, és nagyobb rést képeznek. a proton és a keringő elektron között, mint a létező nukleáris elmélet megengedi.
"Nagyjából szólva, a bárányeltolódás a vákuum fizikai megnyilvánulása" - mondta Fujiwara a Live Science-nek. "Amikor általában a vákuumra gondol, akkor" semmit "gondol. A kvantumfizika elmélete szerint azonban a vákuumot úgynevezett "virtuális részecskék" töltik meg, amelyek folyamatosan születnek és pusztulnak el. "
A rövid, fél-valós részecskék váratlan buborékolása valódi hatással van a környező univerzumra. A hidrogénatomokon belül nyomást hoz létre, amely elválasztja a két összekapcsolt részecskét. A váratlan felfedezés nyerte Lambnek az 1955-ös fizika Nobel-díjat.
De bár a fizikusok évtizedek óta tudják, hogy a bárányeltolódás megváltoztatta a hidrogént, fogalma sem volt arról, hogy ez befolyásolja-e az antihidrogént is.
Fujiwara és társai meg akarták tudni.
"Vizsgálataink általános célja annak kiderítése, van-e különbség a hidrogén és az antihidrogén között, és nem tudjuk előre, hogy hol lehet ez a különbség" - mondta Fujiwara a Live Science-nek.
A kérdés vizsgálatához a kutatók gondosan összegyűjtötték az antihidrogén mintáit az antihidrogén lézerfizikai eszköz (ALPHA) antianyag-kísérletével az Európai Nukleáris Kutatási Szervezet (CERN), a kontinens óriási nukleáris fizikai laboratóriumában. Az ALPHA néhány órát vesz igénybe, hogy előállítson egy olyan nagy mennyiségű antihidrogén mintát, hogy működjön együtt - mondta Fujiwara.
Az anyagot az anyagot visszataszító mágneses mezőkben szuszpendálja. Az ALPHA kutatói ezután lézerfénnyel megütötték a csapdába ejtett antihidrogént, hogy megvizsgálják, hogyan működik az antianyag a fotonokkal, ami felfedheti a kis anti-atomok rejtett tulajdonságait.
A tucatnyi kísérletet különböző antigénmintákon, különböző körülmények között megismételve, az ALPHA kutatói nem találtak különbséget a Lamb hidrogéneltolódása és a Lamb eltolódása között az antihidrogén között, amelyet műszereik képesek felismerni.
"Jelenleg nincs ismert különbség az antihidrogén és a szokásos hidrogén alapvető tulajdonságai között" - mondta Fujiwara. "Ha bármilyen különbséget találunk, még a legkisebb összeget is, akkor radikális változást kényszerítünk a fizikai univerzum megértésében."
Bár a kutatók még nem találtak különbségeket, az antihidrogén fizika még mindig fiatal terület. A fizikusoknak még 2002-ig sem volt könnyű tanulmányozni a cuccmintákat, az ALPHA pedig 2011-ig nem kezdte el rendszeresen csapdába venni a hidrogénmintákat.
Ez a felfedezés "első lépés" - mondta Fujiwara, de még mindig sok a még hátralevő elemzés, mielőtt a fizikusok valóban megértik, hogy a hidrogén és az antihidrogén összehasonlíthatók.
