Un vid bubuitor și răgușitor umple spațiul cuantic, distorsionând forma fiecărui atom de hidrogen din univers. Și acum știm că, de asemenea, distorsionează gemenul antimaterial bizarro-mondial: hidrogenul.
Antimateria este o substanță puțin înțeleasă, rară în universul nostru, care imită materia aproape perfect, dar cu toate proprietățile răsfățate. De exemplu, electronii sunt particule minuscule care transportă sarcină negativă. Gemenii lor antimateri sunt „positroni” minusculi care au o încărcare pozitivă. Combinați un electron și un proton (o particulă mai mare, încărcată pozitiv) și veți obține un atom de hidrogen simplu. Combinați un pozitron antimaterial cu un "antiproton" și veți obține antihidrogen. Când materia regulată și antimateria se ating, materia și particulele de antimaterie se anihilează reciproc.
În prezent, antimateria pare a fi gemenul perfect, antagonist al materiei, iar unul dintre marile mistere ale fizicii este motivul pentru care materia a ajuns să domine spațiul, deoarece antimateria a devenit un pic jucător în univers. Găsirea unor diferențe între cele două ar putea ajuta la explicarea structurii universului modern.
Schimbarea Mielului a fost un loc bun pentru a căuta o astfel de diferență, a declarat Makoto Fujiwara, un fizician de particule canadian afiliat cu CERN și coautor al noului studiu, publicat pe 19 februarie în revista Nature. Fizicienii cuantici au știut despre acest ciudat efect cuantic, numit după fizicianul Universității din Arizona, Willis Lamb, din 1947. La prima conferință importantă postbelică a fizicienilor americani, Lamb a dezvăluit că ceva nevăzut în atomii de hidrogen împinge asupra particulelor lor interne, creând un decalaj mai mare. între proton și electroni care orbitează decât a permis teoria nucleară existentă.
„Aproape vorbind, schimbarea Mielului este o manifestare fizică a efectului„ vidului ”, a spus Fujiwara la Știința Vivă. „Când în mod normal te gândești la vid, te gândești la„ nimic ”. Cu toate acestea, conform teoriei fizicii cuantice, vidul este umplut cu așa-numitele „particule virtuale”, care se nasc și se distrug constant ”.
Acea bubuire neobișnuită de particule scurte, pe jumătate reale, are efecte reale asupra universului înconjurător. Iar în interiorul atomilor de hidrogen creează o presiune care separă cele două particule legate. Descoperirea neașteptată a câștigat Miel Premiul Nobel pentru fizică din 1955.
Dar, în timp ce fizicienii știu de zeci de ani că schimbarea Mielului a modificat hidrogenul, habar nu aveau dacă a afectat și antihidrogenul.
Fujiwara și coautorii săi au vrut să afle.
"Scopul general al studiilor noastre este de a vedea dacă există vreo diferență între hidrogen și antihidrogen și nu știm dinainte unde poate apărea o astfel de diferență", a spus Fujiwara pentru Live Science.
Pentru a studia întrebarea, cercetătorii au colectat cu atenție probe de antihidrogen folosind experimentul antimateriei cu laser antihidrogen (ALPHA), la Organizația Europeană pentru Cercetări Nucleare (CERN), laboratorul gigant de fizică nucleară al continentului. ALPHA are nevoie de câteva ore pentru a genera o probă de antihidrogen suficient de mare pentru a lucra, a spus Fujiwara.
Suspendează substanța în câmpuri magnetice care resping materia. Cercetătorii ALPHA au lovit apoi antihidrogenul prins cu lumină laser pentru a studia modul în care antimateria interacționează cu fotonii, ceea ce poate dezvălui proprietățile ascunse ale micilor anti-atomi.
Repetând experimentul lor de zeci de ori pe diferite probe de antihidrogen în diferite condiții, cercetătorii ALPHA nu au găsit nicio diferență între schimbarea Mielului în hidrogen și schimbarea Mielului în antihidrogen pe care instrumentele lor le-ar putea detecta.
"În prezent, nu există nicio diferență cunoscută între proprietățile fundamentale ale antihidrogenului și hidrogenului regulat", a spus Fujiwara. „Dacă am găsi vreo diferență, chiar și cea mai mică cantitate, aceasta ar forța o schimbare radicală a modului în care înțelegem universul nostru fizic”.
Deși cercetătorii nu au descoperit încă nicio diferență, fizica antihidrogenului este încă un domeniu tânăr. Fizicienii nu au avut nici măcar probe ușor de studiat până în 2002, iar ALPHA nu a început să prindă rutine probe de hidrogen până în 2011.
Această descoperire este un „prim pas”, a spus Fujiwara, dar rămân încă multe de studiat înainte ca fizicienii să înțeleagă cu adevărat cum se compară hidrogenul și antihidrogenul.
