Natuurkundigen hebben de eerste nauwkeurige metingen gedaan van hoe licht interageert met deeltjes antimaterie, en vonden geen significante verschillen in gedrag in vergelijking met gewone materie, waardoor wetenschappers zich opnieuw afvroegen waarom het universum bestaat. Hun bevindingen zijn gepubliceerd in het tijdschrift Nature.
“Dit zijn de eerste echte spectroscopische metingen van de eigenschappen van antimaterie verkregen met lasers. De ultrahoge precisie van onze nieuwste metingen is een grote prestatie van ons team geweest. We proberen deze mijlpaal al 30 jaar te bereiken, en we zijn er eindelijk in geslaagd om deze droom te realiseren”, aldus Jeffrey Hangst, officieel vertegenwoordiger van de ALPHA-samenwerking.
Volgens wetenschappers van vandaag verscheen er in de eerste momenten na de oerknal een gelijke hoeveelheid materie en antimaterie. Tegelijkertijd zegt het Standard Model of Physics dat de eigenschappen van antimaterie-deeltjes de kenmerken van hun tweeling weerspiegelen, met uitzondering van de lading. Met andere woorden, de chemische en fysische eigenschappen van de atomen van antimaterie en materie moeten identiek zijn.
Aangezien materie en antimaterie bij een botsing vernietigen, moesten hun deeltjes elkaar tijdens de geboorte van het heelal vernietigen, waardoor het heelal alle reserves van zowel materie als antimaterie ontzegde. Daarom rijst de vraag - waar is de antimaterie "verdwenen" en waarom het universum bestaat.
Aangenomen wordt dat een van de redenen voor de "asymmetrie van materie" kan liggen in het bestaan van kleine, maar nogal significante verschillen in de structuur en eigenschappen van antimaterie deeltjes. In de afgelopen jaren hebben natuurkundigen verschillende aanwijzingen gevonden dat dergelijke verschillen, bijvoorbeeld in de massa van protonen en antiprotonen, nog steeds bestaan, maar hun exacte verandering wordt belemmerd door de lage nauwkeurigheid van instrumenten en de microscopische schaal van deze asymmetrie.
Angst en zijn collega's proberen al jaren hints te vinden voor verschillen in de eigenschappen van materie en antimaterie met behulp van het ALPHA-2-apparaat, een speciale val voor positronen en antiprotonen, die hen dwingen te combineren en afzonderlijke atomen van antimaterie te vormen. Vanwege absolute isolatie kunnen antimaterie-atomen enkele dagen in deze val aanwezig zijn zonder te vergaan of te vernietigen.
Het ALPHA-team probeert al lang het spectrum van anti-waterstofatomen te meten, waarbij vergelijking met vergelijkbare gegevens voor waterstof zal uitwijzen of licht op dezelfde manier interageert met twee vormen van materie, en of er zelfs maar de kleinste verschillen zijn in de massa van hun deeltjes.
De eerste resultaten van dit soort werden zes jaar en twee jaar geleden verkregen, maar deze metingen waren niet nauwkeurig vanwege het feit dat ze niet direct, maar indirect werden uitgevoerd, waarbij de gevolgen van de botsing van deeltjes antimaterie en materie werden waargenomen. Wetenschappers werden gedwongen om op deze manier te handelen vanwege het feit dat er te weinig anti-waterstofatomen waren. Dit verhinderde het zoeken naar mogelijke sporen van de "nieuwe fysica" en de oplossing van het mysterie van het verdwijnen van antimaterie.
Promotie video:
Angst en zijn collega's konden dit probleem oplossen door de structuur van de val zo aan te passen dat ze anti-waterstof konden bestralen met zeven soorten laserstralen tegelijk. Door beelden te combineren die werden verkregen tijdens dergelijke "beschietingen", waren wetenschappers in staat om de nauwkeurigheid van metingen met 100 keer te verhogen en een foutenniveau te bereiken van niet meer dan twee delen per biljoen. Dit is slechts drie orden van grootte minder dan de nauwkeurigheid die wordt bereikt bij het "afvuren" van waterstof.
Net als in de laatste twee keer vielen de spectra van materie en antimaterie volledig samen, wat suggereert dat ze op dezelfde manier met licht in wisselwerking staan en vermoedelijk een identieke massa hebben. In combinatie met andere recente metingen van andere eigenschappen van antiprotonen, zorgt deze ontdekking ervoor dat wetenschappers zich steeds meer afvragen waar het verschil tussen materie en antimaterie "schuilt".
De eerste antwoorden op deze vragen zullen, zoals Angst en zijn collega's hopen, zeer binnenkort worden ontvangen, wanneer ALPHA-2 wordt gemoderniseerd en uitgebreid, wat de nauwkeurigheid van spectrummetingen met verschillende ordes van grootte zal vergroten en dichter bij het oplossen van het mysterie van het bestaan van het heelal komt.
