Бурхливий, гнилий вакуум заповнює квантовий простір, спотворюючи форму кожного атома водню у Всесвіті. А тепер ми знаємо, що це також спотворює водневий антиматеріальний близнюк водню: антигідроген.
Антиматерия - це малозрозуміла речовина, рідкісна у нашому Всесвіті, яка імітує речовину майже ідеально, але з усіма властивостями перевернута. Наприклад, електрони - це крихітні частинки речовини, які несуть негативний заряд. Їх антиматеріальні близнюки - це крихітні «позитрони», що несуть позитивний заряд. Об'єднайте електрон і протон (більшу, позитивно заряджену частинку речовини), і ви отримаєте простий атом водню. Поєднайте антиматеріальний позитрон з «антипротоном» і отримаєте антигідроген. При регулярному дотику до речовини та антиматерії частинки речовини та антиматерії знищують один одного.
В даний час антиматерия виявляється досконалим, антагоністичним близнюком матерії, і одна з великих загадок фізики полягає в тому, чому матерія стала панувати в космосі, коли антиматерия стала трохи гравцем у Всесвіті. Пошук деякої різниці між ними може допомогти пояснити структуру сучасного Всесвіту.
Зміна Ягняти була гарним місцем для пошуку такої різниці, сказав Макото Фуджівара, канадський фізик частинок, пов'язаний з CERN та співавтор нового дослідження, опублікованого 19 лютого в журналі Nature. Квантові фізики знали про цей дивний квантовий ефект, названий на честь фізика з університету Арізони Вілліс Лембз, з 1947 р. На першій великій післявоєнній конференції американських фізиків Ламб виявив, що щось небачене всередині атомів водню тисне на їх внутрішні частинки, створюючи більший проміжок між протоном і орбітальним електроном, ніж дозволяла існуюча ядерна теорія.
"Грубо кажучи, зсув Агнця є фізичним проявом ефекту" вакууму ", - сказав Фуджівара Live Science. "Коли ти зазвичай думаєш про вакуум, ти думаєш про" нічого ". Однак, згідно з теорією квантової фізики, вакуум заповнюється так званими «віртуальними частинками», які постійно народжуються та руйнуються ».
Це неповторне бурчання коротких, напівреальних частинок має реальний вплив на навколишній Всесвіт. А всередині атомів водню він створює тиск, який розділяє дві пов'язані частинки. Несподіване відкриття отримало Ягня в 1955 році Нобелівську премію з фізики.
Але хоча фізики десятиліттями знали, що зміна Ягня змінила водень, вони не мали уявлення, чи впливає це також на антигідроген.
Фуджівара та його співавтори хотіли це з'ясувати.
"Загальна мета наших досліджень полягає в тому, щоб визначити, чи є різниця між воднем та антиводородом, і ми не знаємо заздалегідь, де така різниця може виявитися", - сказав Фуджівара Live Science.
Щоб вивчити це питання, дослідники старанно зібрали зразки антигідрогену за допомогою антиматерогенного експериментального антиатомного експерименту (АЛФА) в Європейській організації ядерних досліджень (CERN), гігантській лабораторії ядерної фізики континенту. "Альфа" займає кілька годин, щоб генерувати зразки антиводню, достатньо великі для роботи, сказав Фуджівара.
Він суспендує речовину в магнітних полях, які відштовхують речовину. Потім дослідники ALPHA потрапили у лазерний промінь, що потрапив у пастку, щоб вивчити, як антиматерия взаємодіє з фотонами, що може виявити приховані властивості маленьких антиатомів.
Повторюючи свій експеримент десяток разів на різних зразках антиводороду за різних умов, дослідники ALPHA не виявили різниці між зміною Ягняти водню та зміною Агнця в антигідрогені, що їхні інструменти могли б виявити.
"Наразі невідома різниця між основними властивостями антигідрогену та звичайного водню", - сказала Фуджівара. "Якщо ми знайдемо будь-яку різницю, навіть найменшу суму, це призведе до кардинальної зміни в тому, як ми розуміємо наш фізичний всесвіт".
Хоча дослідники ще не знайшли відмінностей, фізика антиводороду все ще є молодим напрямком. Фізики до 2002 року навіть не мали легко вивчити зразки цього матеріалу, і до 2011 року ALPHA не почала регулярно захоплювати зразки водню.
Це відкриття є "першим кроком", - сказав Фуджівара, але ще залишається ще багато ще для вивчення, перш ніж фізики зрозуміють, як порівнюють водень та антиводень.
