Вреличави, бучни вакуум испуњава квантни простор, изобличујући облик сваког атома водоника у свемиру. А сада знамо да она такође изобличава водоников бизарни антиматеријски близанац: антихидроген.
Антиматерија је мало разумљива супстанца, ретка у нашем универзуму, која опонаша материју готово савршено, али са свим својствима која се врте око ње. На пример, електрони су ситне честице материје које носе негативан набој. Њихови антиматеријски близанци су ситни „позитрони“ који носе позитиван набој. Комбинујте електрон и протон (већу, позитивно наелектрисану честицу материје) и добит ћете једноставан атом водоника. Комбинујте позитрон за антиматерију са „антипротоном“ и добићете антихидроген. Када се редовна материја и антиматерија додирују, честице материје и антиматерије уништавају се једна другу.
Тренутно се чини да је антиматерија савршени, антагонистички близанац материје, а једна од великих мистерија физике је разлог зашто је материја доминирала простором јер је антиматерија постала помало играч у универзуму. Проналажење неке разлике између њих двоје могло би помоћи објаснити структуру модерног универзума.
Јагањчева промена била је добро место за тражење те разлике, рекао је Макото Фујивара, канадски физичар честица повезаних са ЦЕРН-ом и коаутор нове студије, објављене 19. фебруара у часопису Натуре. Квантни физичари знају за овај чудни квантни ефекат, назван по физичару Универзитета у Аризони Виллис Ламб, од 1947. године. На првој великој послератној конференцији америчких физичара, Ламб је открио да нешто невиђено унутар атома водоника гура њихове унутрашње честице, стварајући већи јаз између протона и орбитирајућег електрона него што је то допуштала постојећа нуклеарна теорија.
"Грубо речено, промена Ламб-а је физичка манифестација ефекта" вакуума "," рекао је Фујивара за Ливе Сциенце. „Кад обично размишљате о вакууму, мислите на„ ништа “. Међутим, према теорији квантне физике, вакуум је испуњен такозваним 'виртуелним честицама', које се стално рађају и уништавају. "
То необично жуборење кратких, полу-правих честица има стварни утицај на околни универзум. А унутар атома водоника ствара притисак који раздваја две повезане честице. Неочекивано откриће освојио је Ламб Нобелову награду за физику 1955. године.
Али иако су физичари деценијама знали да Јагањчева промена мења водоник, нису имали појма да ли то утиче и на антихидроген.
Фујивара и његови коаутори желели су да сазнају.
"Општи циљ наших студија је да видимо да ли постоји разлика између водоника и антихидрогена. Не знамо унапред где се таква разлика може показати", рекао је Фујивара за Ливе Сциенце.
Да би проучили то питање, истраживачи су мукотрпно прикупили узорке антихидрогена помоћу експеримента антиматерогена за ласерску физику (АЛПХА) у антиматеријском експерименту Европске организације за нуклеарна истраживања (ЦЕРН), огромне лабораторије за нуклеарну физику континента. АЛПХА треба неколико сати како би се створио узорак антихидрогена довољно велик за рад, рекао је Фујивара.
Суспензује супстанцу у магнетним пољима која одбијају материју. Истраживачи АЛПХА-е су затим помоћу ласерске светлости погодили заробљени антихидроген како би проучили како антиматерија утиче на фотоне, што може открити скривена својства малих анти-атома.
Понављајући експеримент десетак пута на различитим узорцима антихидрогена у различитим условима, истраживачи АЛПХА нису открили разлику између измене јањетине у водонику и промене јањетине у антихидрогену коју би њихови инструменти могли да открију.
"Тренутно није позната разлика између основних својстава антихидрогена и регуларног водоника", рекао је Фујивара. "Ако нађемо било какву разлику, чак и најмању количину, то би натерало радикалну промену у начину на који разумемо наш физички универзум."
Иако истраживачи још увек нису пронашли разлике, физика водоника је још увек младо поље. Физичари нису имали лако проучаване узорке до 2002. године, а АЛПХА није започела рутинско хватање узорака водоника до 2011. године.
Ово откриће је "први корак", рекао је Фујивара, али има још много тога за проучавање пре него што физичари заиста схвате како се водоник и антихидроген упоређују.
