Откако је почетком 20. века предложено постојање антиматерије, научници су покушали да разумеју како се то односи на нормалну материју и зашто постоји очигледна неравнотежа између ове две у Универзуму. Да бисмо то учинили, истраживања физике честица у последњих неколико деценија била су усмерена на античестице најолементарнијег и најобилнијег атома у Универзуму - честице антихидрогена.
Донедавно је то било веома тешко, јер су научници успевали да произведу антихидроген, али нису могли да га проуче много пре него што се уништи. Али према недавној студији која је објављена у Природа, тим који је користио експеримент АЛПХА успео је да добије прве спектралне информације о антихидрогену. Ово достигнуће, које је трајало 20 година, могло би отворити потпуно нову еру истраживања антиматерије.
Мерење начина на који елементи апсорбују или емитују светлост - тј. Спектроскопија - је главни аспект физике, хемије и астрономије. Не само што омогућава научницима да карактеришу атоме и молекуле, већ омогућава астрофизичарима да одређују састав удаљених звезда анализом спектра светлости коју емитују.
У прошлости су проведена многа истраживања спектра водоника, који чини отприлике 75% све барионске масе у Универзуму. Оне су играле виталну улогу у нашем разумевању материје, енергије и еволуције више научних дисциплина. Али све до недавно, невероватно је било тешко проучавати спектар његових античестица.
За почетак је потребно да се честице које чине антихидроген - антипротони и позитрони (анти-електрони) - ухвате и охладе како би се спојиле. Поред тога, потребно је одржавати ове честице довољно дуго да се посматра њихово понашање, пре него што оне неизбежно успоставе контакт са нормалном материјом и униште се.
Срећом, технологија је напредовала у последњих неколико деценија све до тренутка када је истраживање антиматерије сада могуће, чиме је научницима омогућено да закључе да ли је физика која стоји иза антиматерије у складу са Стандардним моделом или надилази исту. Као што је у својој студији навео истраживачки тим ЦЕРН-а - који је водио др Ахмади са Одељења за физику Универзитета у Ливерпулу:
„Стандардни модел предвиђа да је у Првоме Универзуму требало да постоји једнака количина материје и антиматерије након Великог праска, али се сматра да се данашњи Универзум састоји у потпуности од обичне материје. То мотивира физичаре да пажљиво проучавају антиматерију, како би утврдили да ли постоји мала асиметрија у законима физике која регулише две врсте материје. "
Почевши од 1996., ово истраживање је спроведено експериментом АнТиХидрогЕН Апарат (АТХЕНА), који је био део ЦЕРН-овог антипротонског успоравача. Овај експеримент је био одговоран за хватање антипротона и позитрона, а затим их хлађење до тачке у којој се могу комбиновати и формирају анитиген. Од 2005. године, овај задатак постаје одговорност наследника АТХЕНЕ, експеримента АЛПХА.
Користећи ажуриране инструменте, АЛПХА хвата атоме неутралног антихидрогена и задржава их дуже време пре него што се они неминовно униште. Током овог времена, истраживачки тимови спроводе спектрографску анализу користећи АЛПХА ултраљубичасти ласер да би видели да ли атоми поштују исте законе као атоми водоника. Као што је Јеффреи Хангст, портпарол сарадње АЛПХА, објаснио у ЦЕРН-у:
„Употреба ласера за посматрање транзиције у антихидрогену и његово упоређивање са водоником како би се видјело да ли поштују исте законе физике увек је био кључни циљ истраживања антиматерије… Помицање и хватање антипротона или позитрона је лако јер су набијене честице. Али када комбинујете ова два, добијате неутрални антихидроген, што је далеко теже заробити, тако да смо дизајнирали врло посебну магнетну замку која се ослања на чињеницу да је антихидроген мало магнетни. "
На тај начин, истраживачки тим је успео да измери фреквенцију светлости која је потребна да проузрокује прелазак позитрона са његовог најнижег нивоа енергије на други. Открили су да (у експерименталним границама) нема разлике између спектралних података антихидрогена и података о водонику. Ови резултати су прво експериментални, јер су прва спектрална опажања икада направљена од атома водика.
Осим што по први пут омогућавају поређење материје и антиматерије, ови резултати показују да је понашање антиматерије у односу на њене спектрографске карактеристике у складу са Стандардним моделом. Конкретно, оне су у складу са симетријом Цхарге-Парити-Тиме (ЦПТ).
Ова теорија симетрије, која је темељна за успостављену физику, предвиђа да ће нивои енергије у материји и антиматерији бити исти. Како је тим објаснио у својој студији:
„Обавили смо прво ласерско-спектроскопско мерење на атому антиматерије. Ово је дуго тражено достигнуће у физикалној антиматерији ниске енергије. Означава прекретницу од експерименталних експеримената до озбиљне метролошке и прецизне поређења ЦПТ користећи оптички спектар анти-атома. Тренутни резултат ... показује да тестови основних симетрија са антиматеријом на АД брзо сазревају. "
Другим речима, потврда да материја и антиматерија имају сличне спектралне карактеристике још је један показатељ да се Стандардни модел држи - баш као што је то откриће Хиггсовог Босона 2012. године. Такође је показао ефикасност експеримента АЛПХА у хватању честица антиматерије, што ће имати користи од других експеримената са антихидрогеном.
Наравно, истраживачи ЦЕРН-а били су веома узбуђени овим налазом, и очекује се да ће имати драстичне импликације. Поред тога што ће се понудити нова средства за тестирање Стандардног модела, очекује се да ће ићи дуг пут ка томе да научницима помогну да схвате зашто у Универзуму постоји неравнотежа материје и антиматерије. Још један пресудни корак у откривању тачно каквог је Универзума такав какав знамо.
