CERN: Nakon dva desetljeća istraživanja objavljeni prvi rezultati

Nakon dva desetljeća pokušavanja, fizičari u CERN-u objavili su prve rezultate mjerenja emisije svjetla atoma antimaterije, otkrivajući da je atom antivodika točna zrcalna slika atoma vodika, piše portal Geek.

Rezultat, koji konačno potvrđuje ono što je odavno pretpostavljeno zakonima fizike, otvara novi način testiranja Einsteinove posebne teorije relativnosti, a može nam pomoći odgovoriti na jedan od najvećih misterija moderne fizike – zašto u svemiru postoji mnogo više materije od antimaterije?

“Ovo predstavlja povijesnu točku u višedesetljetnim nastojanjima za stvaranjem antimaterije i njezine usporedbe s materijom,” teorijski fizičar Alan Kostelecky sa Sveučilišta u Indiani, koji nije bio uključen u studiju, rekao je za NPR.

Zakoni fizike predviđaju da za svaku česticu regularne materije, postoji i antičestica. Tako za svaki negativno nabijeni elektron postoji pozitivno nabijen pozitron. To znači da za svaki regularni atom vodika, postoji atom antivodika i baš kao što se atom vodika sastoji od elektrona vezanog za proton, atom antivodika sastavljen je od antielektrona (ili pozitrona) vezanog za antiproton.

Ako antičestica dođe u dodir s česticom materije, one će se međusobno anihilirati, oslobađajući energiju u obliku svjetlosti. Ta činjenica stvara prilične probleme. Fizičarima je gotovo nemoguće pronaći antimateriju u prirodi, zbog prevladavajuće količine materije. Fizikalni modeli sugeriraju da je jednaka količina čestica materije i antimaterije nastala u trenutku Velikog praska, no ne bi li se tada čestice materije i antimaterije međusobno anihilirale?

“Nešto se dogodilo, neka mala asimetrija koja je omogučila količini materije opstanak, a mi jednostavno nemamo dobru ideju koja to u ovom trenutku može objasniti,” govori dio tima, Jeffrey Hangst, član ALPHA eksperimenta u CERN-u u Švicarskoj. To bi se uskoro moglo promijeniti, jer su po prvi put znanstvenici uspjeli izmjeriti svjetlo koje atom antivodika emitira izložen laseru i usporedili ga sa svjetlom atoma vodika.

Taj pothvat predstavlja prvu dovoljno dugu kontrolu nad atomom antivodika da se izravno izmjeri ponašanje atoma i usporedi s atomom vodika. “Uporaba lasera radi promatranja tranzicije u atomu antivodika i usporedba s vodikom omogućuje nam vidjeti drže li se istih zakona fizike, što je i oduvijek bio ključni cilj istraživanja antimaterije,” rekao je Hangst u priopćenju. Budući da je nemoguće naći česticu antivodika u prirodi, iako je vodik najzastupljeniji element u svemiru, znanstvenici moraju sami proizvoditi antivodikove atome.

Tijekom proteklih 20 godina, ALPHA tim otkrio je kako proizvesti dovoljan broj antivodikovih atoma kako bi ih proučavali, tehnikom koja im omogućuje stvaranje oko 25.000 atoma antivodika svakih 15 minuta, uspjeli su zadržati oko 14. Prijašnje metode uspijevale su zadržati samo 1.2 atoma antivodika svakih 15 minuta.

Ove zarobljene čestice tada se raznose laserskom svjetlošću kako bi prisiliti svoje pozitrone na “skok” s niže razine energije na višu. Kako se pozitron vraća na nižu razinu energije, svjetlo koje se oslobađa moguće je izmjeriti.

Tim je otkrio da atom antivodika emitira isti svjetlosni spektar kao i redovni atom vodika podvrgnut istom ispitivanju. “Odavno se mislilo da je antimaterija točan odraz materije, a mi prikupljamo podatke koji ukazuju da je to zaista istina,” rekao je Tim Tharp, član ALPHA tima, za Gizmodo.

Ovaj rezultat u skladu je sa standardnim modelom fizike elementarnih čestica, koji predviđa da će vodik i antivodik imati određene identične karakteristike, ali sada fizičari imaju priliku testirati još više emisija spektra pomoću različitih vrsti lasera.

“Odgovor na zašto posebna relativnost zahtijeva antimateriju da zrcali materiju uključuje puno matematike. Ukratko, ako taj odnos zrcaljena nije istinit, onda osnovna ideja iza posebne teorije relativnosti ne može biti točna,” rekao je Adrian Cho za časopis Nature.

Ali ako se materija i antimaterija ne odražavaju – ako antimaterija ne slijedi iste zakone fizike kao materija – postojeći modeli Velikog praska biti će manjkavi. Samo neke od mogućnosti koje ovaj eksperiment otvara jest i priliku da se odgovori na pitanje zašto je materija izbjegla totalnu anihilaciju.

“Mi smo stvarno presretni što konačno možemo reći da smo to učinili,” rekao je Hangst. “Za nas to je stvarno velika stvar.”

Istraživanje je objavljeno u časopisu Nature.