Zinātnieki pagaidām ir veikuši visprecīzākos antimatērijas mērījumus, un rezultāti tikai padziļina noslēpumu, kāpēc dzīve, Visums un viss tajā eksistē.
Jaunie mērījumi parāda, ka ar neticami augstu precizitāti antimērija un matērija uzvedas identiski.
Tomēr šie jaunie mērījumi nevar atbildēt uz vienu no fizikas lielākajiem jautājumiem: Kāpēc tad, ja lielā sprādziena laikā matērija un antimateriāls veidojās vienādās daļās, mūsdienās mūsu Visumu veido matērija?
Visums līdzsvarā
Mūsu Visuma pamatā ir pretstatu līdzsvars. Katram "normālu" daļiņu veidam, kas izgatavots no matērijas, ir tādas pašas masas konjugētas daļiņas, kurām vienlaikus ir pretējs elektriskais lādiņš. Elektroniem ir pretēji preelelektroni vai pozitroni; protoniem ir antiprotoni; un tā tālāk.
Tomēr, kad matērijas un antimatērijas daļiņas satiekas, tās iznīcina viena otru, atstājot tikai atlikusī enerģija. Fizikāļi uzskata, ka lielajā sprādzienā bija jābūt vienādam matērijas un antimateriāla daudzumam, un katrs no tiem būtu nodrošinājis otra savstarpējo iznīcināšanu, atstājot mazulim visumu, kas ir pazaudējis dzīvības celtniecības elementus (vai jebko, tiešām). Tomēr šeit mēs atrodamies Visumā, kuru gandrīz pilnībā veido matērija.
Bet šeit ir kicker: Mēs nezinām nevienu pirmatnēju antimateriālu, kas to veidotu no Lielā sprādziena. Tad kāpēc - ja antimateriāls un matērija izturējās vienādi - vai viens matērijas tips pārdzīvoja Lielo sprādzienu, bet otrs - ne?
Viens no labākajiem veidiem, kā atbildēt uz šo jautājumu, ir pēc iespējas precīzāk izmērīt matērijas un tās antimateriāla konjugātu pamatīpašības un salīdzināt šos rezultātus, sacīja Stefans Ulmers, Rikenas fiziķis Wako, Japānā, kurš nebija iesaistīts jaunajā izpēte. Ja ir neliela novirze starp matērijas īpašībām un korelētajām antimatērijas īpašībām, tas varētu būt pirmais pavediens, lai atrisinātu fizikas lielāko vienību. (2017. gadā zinātnieki atklāja nelielas atšķirības dažu matēriju antimatērijas partneru izturēšanās veidos, taču rezultāti nebija statistiski pietiekami spēcīgi, lai tos uzskatītu par atklājumu.)
Bet, ja zinātnieki vēlas manipulēt ar antimatēriju, viņiem tas ir jāuzņemas ar lielu atbildību. Pēdējos gados daži fiziķi ir sākuši pētīt antiūdeņradi vai ūdeņraža antimateriāla ekvivalentu, jo ūdeņradis ir "viena no lietām, ko mēs vislabāk saprotam Visumā", pētījuma līdzautors Džefrijs Hangsts, Dānijas Orhūsas universitātes fiziķis, pastāstīja Live Science. . Antiūdeņraža iegūšana parasti nozīmē 90 000 antiprotonu sajaukšanu ar 3 miljoniem pozitronu, lai iegūtu 50 000 antiūdeņraža atomu, no kuriem tikai 20 tiek uztverti ar magnētiem 11 collu garā (28 centimetrus) cilindriskā mēģenē turpmākai izpētei.
Tagad jaunā pētījumā, kas šodien (4. aprīlī) publicēts žurnālā Nature, Hangst komanda ir sasniegusi vēl nepieredzētu standartu: viņi ir veikuši visprecīzākos antiūdeņraža vai jebkura veida antimateriāla mērījumus līdz šim. 15 000 antiūdeņraža atomu (domājot, ka iepriekšminētais sajaukšanas process notiek apmēram 750 reizes), viņi pētīja gaismas biežumu, ko atomi izstaro vai absorbē, pārejot no zemākas enerģijas stāvokļa uz augstāku.
Pētnieku veiktie mērījumi parādīja, ka antiūdeņraža atomu enerģijas līmeņi un absorbētās gaismas daudzums ir saskaņots ar ūdeņraža kolēģiem ar precizitāti 2 daļas uz triljonu, krasi uzlabojot iepriekšējo mērījumu precizitāti pēc kārtas uz miljardiem.
"Tas ir ļoti reti, kad eksperimentantiem izdodas palielināt precizitāti līdz koeficientam 100," Ulmers stāstīja Live Science. Viņš domā, ka, ja Hangsta komanda turpinās darbu vēl 10 līdz 20 gadus, viņi spēs paaugstināt ūdeņraža spektroskopijas precizitātes līmeni vēl par 1 000.
Hangstam - ALPHA sadarbības pārstāvim Eiropas Kodolpētījumu organizācijā (CERN), kurš sniedza šos rezultātus - šis sasniegums tika veikts gadu desmitiem ilgi.
Antimatērijas slazdošana un turēšana bija nozīmīgs sasniegums, sacīja Hangst.
"Pirms divdesmit gadiem cilvēki domāja, ka tas nekad nenotiks," viņš teica. "Tas ir eksperimentāls ceļojuma spēks, lai to vispār varētu izdarīt."
Jaunie rezultāti ir ļoti iespaidīgi, tiešraidē Live Science pastāstīja CERN fiziķis Maikls Dosers, kurš nebija iesaistīts darbā.
"Ieslodzīto atomu skaits šim mērījumam (15 000) ir milzīgs uzlabojums pašu ierakstos tikai pirms dažiem gadiem," sacīja Dosers.
Tātad, ko pat precīzākais antimatērijas mērījums mums saka? Diemžēl ne daudz vairāk, nekā mēs jau zinājām. Kā gaidīts, ūdeņradis un antiūdeņradis - viela un antimateriāla - rīkojas identiski. Tagad mēs vienkārši zinām, ka, mērot daļas uz triljonu, tās ir identiskas. Tomēr Ulmers sacīja, ka 2-daļas uz triljonu mērīšana neizslēdz iespēju, ka kaut kas novirzās starp diviem matērijas veidiem ar vēl lielāku precizitātes līmeni, kas līdz šim ir noliedzis mērījumus.
Runājot par Hangstu, viņš mazāk rūpējas, lai atbildētu uz jautājumu, kāpēc mūsu matērijas visums pastāv, kā tas notiek bez antimateriāla - ko viņš sauc par “ziloni istabā”. Tā vietā viņš un viņa grupa vēlas pievērsties vēl precīzāku mērījumu veikšanai un izpētīt, kā antimateriāls reaģē ar gravitācijas spēku - vai tas nokrīt kā normāla matērija, vai arī varētu uzkrist?
Un Hangst domā, ka noslēpumu varētu atrisināt pirms 2018. gada beigām, kad CERN uz diviem gadiem slēgs jauninājumus. "Mums ir citi triki mūsu piedurknei," viņš teica. "Sekojiet līdzi."
