Burbuļojošs, rupjš vakuums aizpilda kvantu telpu, kropļojot katra ūdeņraža atoma formu Visumā. Un tagad mēs zinām, ka tas arī izkropļo ūdeņraža dīvaino pasauli raksturojošo antimateriālu dvīni: antiūdeņradi.
Antimatērija ir maz saprotama viela, reti sastopama mūsu Visumā, kurai matērijas ir gandrīz nevainojamas, taču ar visām īpašībām tā ir apvīta. Piemēram, elektroni ir sīkas vielas daļiņas, kurām ir negatīvs lādiņš. Viņu antimēriju dvīņi ir niecīgi "pozitroni", kas nes pozitīvu lādiņu. Apvienojiet elektronu un protonu (lielāku, pozitīvi lādētu vielas daļiņu), un jūs iegūsit vienkāršu ūdeņraža atomu. Apvienojiet antimatērijas pozitronu ar "antiprotonu", un jūs saņemat antiūdeņradi. Kad regulārā matērija un antimērija pieskaras, matērija un antimatērijas daļiņas iznīcina viena otru.
Pašlaik antimateriāla šķiet perfekta, antagonistiska matērijas dvīne, un viens no lielākajiem fizikas noslēpumiem ir iemesls, kāpēc matērija sāka dominēt kosmosā, jo antimateriāls kļuva par nelielu spēlētāju Visumā. Kaut kādas atšķirības atrašana starp diviem varētu palīdzēt izskaidrot mūsdienu Visuma struktūru.
Jēra maiņa bija laba vieta, kur meklēt šāda veida atšķirības, sacīja Makoto Fujiwara, Kanādas daļiņu fiziķis, kas saistīts ar CERN, un jaunā pētījuma līdzautors, publicēts 19. februārī žurnālā Nature. Kvantu fiziķi ir zinājuši par šo dīvaino kvantu efektu, kas nosaukts Arizonas universitātes fiziķa Vilisa Lamba vārdā kopš 1947. gada. Pirmajā lielākajā pēckara amerikāņu fiziķu konferencē Lamb atklāja, ka kaut kas neredzēts ūdeņraža atomu iekšienē iespiež viņu iekšējās daļiņas, radot lielāku plaisu. starp protonu un riņķojošo elektronu, nekā atļauta esošā kodolteorija.
"Aptuveni runājot, Jēra maiņa ir" vakuuma "ietekmes fiziska izpausme," "Fujiwara stāstīja Live Science. "Parasti domājot par vakuumu, jūs domājat par" neko ". Tomēr saskaņā ar kvantu fizikas teoriju vakuums ir piepildīts ar tā saucamajām “virtuālajām daļiņām”, kuras pastāvīgi dzimst un tiek iznīcinātas. "
Šī nekaunīgā īsu, pusreālu daļiņu burbuļošana reāli ietekmē apkārtējo Visumu. Ūdeņraža atomu iekšpusē tas rada spiedienu, kas atdala abas saistītās daļiņas. Negaidīts atklājums ieguva Jēram 1955. gada Nobela prēmiju fizikā.
Bet, lai gan fiziķi gadu desmitiem ilgi ir zinājuši, ka Jēra maiņa mainīja ūdeņradi, viņiem nebija ne mazākās nojausmas, vai tas ietekmē arī antiūdeņradi.
Fujiwara un viņa līdzautori vēlējās uzzināt.
"Mūsu pētījumu vispārējais mērķis ir noskaidrot, vai pastāv atšķirība starp ūdeņradi un antiūdeņradi, un mēs jau iepriekš nezinām, kur šāda atšķirība var parādīties," Fujiwara stāstīja Live Science.
Lai izpētītu šo jautājumu, pētnieki centīgi vāca antiūdeņraža paraugus, izmantojot antihidrogēna lāzera fizikas aparāta (ALPHA) antimateriāla eksperimentu Eiropas Kodolpētījumu organizācijā (CERN), kontinenta milzu kodolfizikas laboratorijā. ALPHA prasa dažas stundas, lai izveidotu antiūdeņraža paraugu, kas ir pietiekami liels, lai ar to varētu strādāt, sacīja Fujiwara.
Tas suspensē vielu magnētiskos laukos, kas atgrūž matēriju. Pēc tam ALPHA pētnieki ar lāzera gaismu skāra notverto antiūdeņradi, lai izpētītu, kā antimateriāls mijiedarbojas ar fotoniem, un tas var atklāt mazo anti-atomu slēptās īpašības.
Atkārtojot savu eksperimentu duci reizes ar dažādiem antiūdeņraža paraugiem dažādos apstākļos, ALPHA pētnieki nekonstatēja atšķirību starp Jēra nobīdi ūdeņradī un Jēra nobīdi antiūdeņradī, ko viņu instrumenti varētu atklāt.
"Pašlaik nav zināma atšķirība starp antihidrogēna un regulārā ūdeņraža pamatīpašībām," sacīja Fujiwara. "Ja mēs atrastu atšķirības, pat vissīkākās summas, tas liktu kardināli mainīt to, kā mēs izprotam savu fizisko Visumu."
Lai gan pētnieki vēl nav atraduši atšķirības, antiūdeņraža fizika joprojām ir jauna joma. Fizikiem pat 2002. gadā nebija viegli izpētītu lietu paraugus, un ALPHA nesāka regulāri laistīt ūdeņraža paraugus līdz 2011. gadam.
Šis atklājums ir "pirmais solis", sacīja Fujiwara, taču vēl ir palicis daudz pētījumu, pirms fiziķi patiešām sapratīs, kā ūdeņradis un antiūdeņradis ir salīdzināti.
