Вчені зробили найбільш точне вимірювання антиматерії, і результати лише поглиблюють таємницю того, чому існує життя, Всесвіт і все, що в ньому існує.
Нові вимірювання показують, що до неймовірно високого ступеня точності антиматерія та матерія поводяться однаково.
І все ж ці нові вимірювання не можуть дати відповіді на одне з найбільших питань у фізиці: Чому, якщо рівні речовини і антиматерія були сформовані під час Великого вибуху, сьогодні наша Всесвіт складається з матерії?
Всесвіт у рівновазі
Наш Всесвіт побудований на балансі протилежностей. Для кожного типу "нормальної" частинки, виготовленої з речовини, існує сполучена античастинка тієї ж маси, яка має протилежний електричний заряд, що утворюється одночасно. Електрони мають протилежні антиелектрони, або позитрони; протони мають антипротони; і так далі.
Однак, коли частинки речовини та антиматерії зустрічаються, вони знищують один одного, залишаючи позаду лише енергію. Фізики стверджують, що Великий вибух мав мати рівну кількість речовини та антиматерії, і кожен би забезпечив взаємне знищення інших людей, залишивши дитячий Всесвіт позбавленим життєвих складових (або чогось насправді). Але все ж ми тут, у Всесвіті, що складається майже з усієї речовини.
Але ось кікер: Ми не знаємо жодної споконвічної антиматерії, яка зробила його з Великого вибуху. Так чому - якщо антиматерія та матерія поводяться однаково - один вид матерії пережив Великий вибух, а другий - ні?
Один з найкращих способів відповісти на це питання - це максимально точно виміряти основні властивості речовини та її кон'югати проти антиматерії та порівняти ці результати, - сказав Стефан Улмер, фізик з компанії Riken у Вако, Японія, який не брав участь у новому дослідження. Якщо є невеликі відхилення між властивостями речовини та корельованими властивостями антиматерії, це може бути першою підказкою для вирішення найбільшої характеристики фізики. (У 2017 році вчені виявили деякі незначні відмінності в тому, як поводяться деякі партнери антиматеріальної справи, але результати не були статистично досить сильними, щоб вважати їх відкриттям.)
Але якщо вчені хочуть маніпулювати антиматерією, їм доводиться копітко це робити. Останніми роками деякі фізики взялися вивчати антиводород, або противолодільний аналог водню, тому що водень є "однією з речей, які ми найкраще розуміємо у Всесвіті", - розповів співавтор дослідження Джеффрі Ханст, фізик з Орхуського університету в Данії, Live Science . Виробництво антиводню зазвичай передбачає змішування 90 000 антипротонів з 3 мільйонами позитронів для отримання 50 000 атомів водню, лише 20 з яких потрапляють магнітами в циліндричну трубку довжиною 11 сантиметрів (28 сантиметрів) для подальшого вивчення.
Тепер, у новому дослідженні, опублікованому сьогодні (4 квітня) у журналі Nature, команда Hangst досягла безпрецедентного стандарту: вони здійснили найточніше вимірювання антиводню - або будь-якого типу антиматерії взагалі - на сьогоднішній день. У 15 000 атомах антиводороду (думаю, що це було вищезгаданим процесом змішування приблизно в 750 разів), вони вивчали частоту світла, який атоми випромінюють або поглинають, коли вони переходять із стану нижчого енергії у вищий.
Вимірювання дослідників показало, що енергетичні рівні атомів водню та кількість поглиненого світла узгоджуються з їхніми водневими колегами з точністю 2 частини на трильйон, що значно покращило попередню точність вимірювання на порядок частин на мільярд.
"Дуже рідко експерименталістам вдається підвищити точність на 100", - сказав Улмер в Live Science. Він вважає, що якщо команда Хангста продовжить роботу ще протягом 10 - 20 років, вони зможуть підвищити рівень точності водневої спектроскопії ще на 1 000 коефіцієнт.
Для Хангста - речника спільноти ALPHA при Європейській організації ядерних досліджень (CERN), яка дала ці результати - це досягнення було десятиліттям у процесі досягнення.
Хангст зазначив, що захоплення антиматерії було великим подвигом.
"Двадцять років тому люди думали, що цього ніколи не станеться", - сказав він. "Це експериментальна екскурсійна сила, щоб мати можливість це зробити взагалі".
Нові результати є дуже вражаючими, Майкл Дозер, фізик із CERN, який не брав участі в роботі, розповів Live Science в електронному листі.
"Кількість захоплених атомів для цього вимірювання (15 000) - це величезне покращення власних записів лише декількох років тому", - сказав Дозер.
То що ж може нам сказати найточніше вимірювання антиматерії? Ну, на жаль, не набагато більше, ніж ми вже знали. Як і очікувалося, водень та антиводень - речовина та антиматерия - поводяться однаково. Тепер ми просто знаємо, що вони однакові при вимірюванні частин на трильйон. Однак Улмер заявив, що вимірювання 2 частини на трильйон не виключає можливості того, що між двома типами речовини щось відхиляється з ще більшим рівнем точності, що поки що не піддало вимірюванню.
Що стосується Хангста, він менше займається відповіддю на питання, чому наш Всесвіт матерії існує як без антиматерії - те, що він називає "слон в кімнаті". Натомість він та його група хочуть зосередитись на здійсненні ще більш точних вимірювань, а також досліджують, як антиматерія реагує на гравітацію - чи впаде вона як нормальна речовина, чи може впасти?
І Гангст вважає, що таємницю можна буде розгадати до кінця 2018 року, коли CERN вимкнеться на два роки для оновлення. "У нас є інші хитрощі в рукаві", - сказав він. "Будьте в курсі".
