Et nyt eksperiment på et schweizisk fysiklaboratorium har for første gang succesfuldt produceret en strøm af antimatter hydrogenatomer, som kunne hjælpe med at svare på et grundlæggende fysik spørgsmål.
Den nye præstation, som er detaljeret i dag (21. januar) i tidsskriftet Nature Communications, bringer forskere et skridt tættere på forståelsen for, hvorfor mennesker, stjerner og universet er lavet af materie snarere end af sin underlige fætter, antimateriel.
"Det er et af de grundlæggende spørgsmål i fysikken: Vi ved bare ikke, hvorfor vi eksisterer," siger studieleder med generaldirektør Stefan Ulmer, forsker ved RIKEN i Japan.
Den nye demonstration vil muliggøre mere præcise målinger, som så kan begynde at besvare det spørgsmål. [De 9 største uløste mysterier i fysik]
Mysteriet spørgsmål
Alle anliggender har sine antimatter-kolleger - partikler med samme masse, men modsatte ladninger og magnetisk spinding. Når materiel og antimateriel kolliderer, udslipper de og danner energi. I laboratorieforsøg skabes materie og antimatter i lige store mængder, sagde Ulmer.
Men universet er lavet af materie.
"På en kosmologisk skala observerer vi aldrig antimatter i universet, som antimattergalakser eller stjerner", fortæller Ulmer WordsSideKick.com.
Så hvis antimateriel skabes omkring så ofte som materie og opfører sig identisk, hvorfor er der så lidt af det omkring?
Der er flere måder at forklare denne uoverensstemmelse på. En mulighed er, at materie / antimattersymmetri, eller ideen om, at de to typer af materiel har samme masse men modsatte ladninger og spins, ikke holder. En anden mulighed er, at der var en smule mere materiel i begyndelsen - omkring 13,8 milliarder år siden, da storebaren dannede universet. Som følge heraf blev næsten alle antimatterne udslettet, hvilket efterlod det meste bagved. Men fysikere kan ikke se hvorfor der ville have været mere sagen end antimateriel ved Big Bang, sagde Ulmer.
Antimatter stråle
For at forstå denne gåde håber forskerne, at de kan teste symmetrien mellem materie og dets antimatterpartnere med utrolig høj præcision. Symmetrien, en af de grundlæggende principper i den regerende fysikmodel, forudsiger, at disse partikler skal opføre sig identisk.
Imidlertid er det ikke let at skabe antimatterpartikler.
For at gøre det arbejder Ulmer og hans kolleger på Antiproton Decelerator hos CERN, den Genève-baserede fysikorganisation, der kører store underjordiske acceleratorer, blandede antielektroner (eller positroner) med antiprotoner til dannelse af antihydrogenmolekyler. Fordi hydrogen er det enkleste og et af de bedst forstået atomer, kan det være nyttigt at studere sin antimatter partner for at afsløre eventuelle symmetriproblemer mellem materiel og antimatter.
Holdet brugte derefter kraftige magnetiske fælder til at tappe antihydrogenatomerne længe nok til at studere deres egenskaber (samt at holde dem væk fra materiale, der kunne ødelægge dem). Normalt ændrer de magnetiske felter imidlertid de spektroskopiske egenskaber - frekvensen og bølgelængderne af energi - udsendt af antipartiklerne.
Så brugte teamet en magnetfælde, der tvang antimatterpartiklerne til at strømme længere nedstrøms for de magnetiske felter, hvilket reducerer forvrængningen forårsaget af magnetfeltet. Hidtil har teamet produceret 80 antihydrogenpartikler, der kunne måles under flyvning 8,9 fod fra de stærke magnetfælder, hvor de blev produceret. (Selvom antihydrogenatomer er blevet fanget og målt før, er det første gang en stråle er produceret og målt væk fra magnetfælden, siger forskere.)
De nye resultater baner vejen for bedre spektroskopiske målinger af hyperfinstrukturen eller forskydninger i energiniveauer i antihydrogenatomer. Forskere har allerede målt denne egenskab i hydrogenatomer med utrolig høj præcision, så at finde nogen små forskelle i antihydrogen spektrene kunne afsløre ny fysik, sagde Ulmer.
Følg Tia Ghose på Twitter og Google+. Følge efter WordsSideKick.com @wordssidekick, Facebook & Google+. Originalartikel på WordsSideKick.com.
Et nyt eksperiment, der for første gang skaber en stråle antihydrogenatomer, kan hjælpe forskere med at forstå, hvorfor antimatter er så knappe, er universet.