Ένα διογκωτικό, τραχύ κενό πλήττει τον κβαντικό χώρο, παραμορφώνοντας το σχήμα κάθε ατόμου υδρογόνου στο σύμπαν. Και τώρα ξέρουμε ότι επίσης στρεβλώνει τον δίδυμο αντιγόνο του αντιγόνα bizarro-world: αντιυδρογόνο.
Η αντιύλη είναι μια ελαφρώς κατανοητή ουσία, σπάνια στο σύμπαν μας, που μιμείται την ύλη σχεδόν τέλεια, αλλά με όλες τις ιδιότητες που έχουν γυρίσει γύρω. Για παράδειγμα, τα ηλεκτρόνια είναι μικροσκοπικά σωματίδια που φέρουν αρνητικό φορτίο. Τα δίδυμα αντιύλης τους είναι μικροσκοπικά "ποζιτρόνια" που φέρουν θετικό φορτίο. Συνδυάστε ένα ηλεκτρόνιο και ένα πρωτόνιο (ένα μεγαλύτερο σωματίδιο θετικής φόρτισης) και έχετε ένα απλό άτομο υδρογόνου. Συνδυάστε ένα ποζιτρόνιο αντιύλης με ένα "αντιπρωτόνιο" και παίρνετε αντι-υδρογόνο. Όταν αγγίζουν τακτική ύλη και αντιύλη, τα σωματίδια της ύλης και της αντιύλης εξολοθρεύονται μεταξύ τους.
Επί του παρόντος, η αντιύλη φαίνεται να είναι ο τέλειος, ανταγωνιστικός δίδυμος της ύλης και ένα από τα σπουδαία μυστήρια της φυσικής είναι γιατί η ύλη ήρθε να κυριαρχήσει στο διάστημα καθώς η αντιύλη έγινε ένας μικρός παίκτης στο σύμπαν. Η εύρεση κάποιας διαφοράς μεταξύ των δύο θα μπορούσε να βοηθήσει στην εξήγηση της δομής του σύγχρονου σύμπαντος.
Η μετατόπιση των Lamb ήταν ένα καλό μέρος για να αναζητήσουμε αυτή τη διαφορά, είπε ο Makoto Fujiwara, ένας καναδικός σωματιδιακός φυσικός που συνδέεται με το CERN και συν-συγγραφέας της νέας μελέτης, που δημοσιεύθηκε στις 19 Φεβρουαρίου στο περιοδικό Nature. Οι κβαντοί φυσικοί γνωρίζουν το περίεργο αυτό κβαντικό αποτέλεσμα, το οποίο ονομάστηκε από το φυσικό Willis Lamb του Πανεπιστημίου της Αριζόνα, από το 1947. Στο πρώτο σημαντικό μεταπολεμικό συνέδριο Αμερικανών φυσικών, ο Lamb αποκάλυψε ότι κάτι αόρατο μέσα σε άτομα υδρογόνου προωθεί τα εσωτερικά τους σωματίδια, δημιουργώντας ένα μεγαλύτερο κενό μεταξύ του πρωτονίου και του ηλεκτρονίου που περιστρέφεται από την υπάρχουσα πυρηνική θεωρία.
"Σε γενικές γραμμές, η μετατόπιση του Lamb είναι μια φυσική εκδήλωση της επίδρασης του" κενού ", δήλωσε ο Fujiwara στο Live Science. "Όταν σκέφτεστε κανονικά για το κενό, σκέφτεστε" τίποτα ". Ωστόσο, σύμφωνα με τη θεωρία της κβαντικής φυσικής, το κενό είναι γεμάτο με τα αποκαλούμενα «εικονικά σωματίδια», τα οποία γεννιούνται και καταστρέφονται συνεχώς ».
Αυτή η παράξενη διοχέτευση σύντομων, ημι-πραγματικών σωματιδίων έχει πραγματικές επιπτώσεις στο περιβάλλον σύμπαν. Και μέσα στα άτομα υδρογόνου δημιουργεί μια πίεση που διαχωρίζει τα δύο συνδεδεμένα σωματίδια. Η απροσδόκητη ανακάλυψη κέρδισε το Lamb το 1955 βραβείο Νόμπελ στη Φυσική.
Όμως, ενώ οι φυσικοί έχουν γνωρίσει εδώ και δεκαετίες ότι η μετατόπιση του Αρνίου άλλαζε το υδρογόνο, δεν είχαν ιδέα εάν επηρέασε και το αντιυδρογόνο.
Ο Fujiwara και οι συνάδελφοί του ήθελαν να μάθουν.
"Ο γενικός στόχος των μελετών μας είναι να δούμε αν υπάρχει διαφορά μεταξύ υδρογόνου και αντι-υδρογόνου και δεν γνωρίζουμε εκ των προτέρων πού μπορεί να εμφανιστεί μια τέτοια διαφορά", δήλωσε ο Fujiwara στην Live Science.
Για να μελετήσουν την ερώτηση, οι ερευνητές συλλέγουν με προσοχή δείγματα αντιδραστηρίου χρησιμοποιώντας το πείραμα αντιύλης της συσκευής φυσικής λέιζερ αντιγόνου (ALPHA) στον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Πυρηνικών Ερευνών (CERN), το γιγάντιο εργαστήριο πυρηνικής φυσικής της ηπείρου. Η ΑΛΦΑ διαρκεί λίγες ώρες για να παράγει ένα δείγμα αντιϋδρογόνου αρκετά μεγάλο για να δουλέψει, είπε ο Φουτζγουάρα.
Αναστέλλει την ουσία στα μαγνητικά πεδία που απωθούν την ύλη. Οι ερευνητές της ALPHA χτύπησαν το παγιδευμένο αντιϋδρογόνο με φως λέιζερ για να μελετήσουν πώς αλληλεπιδρά η αντιύλη με τα φωτόνια, γεγονός που μπορεί να αποκαλύψει κρυφές ιδιότητες των μικρών αντι-ατόμων.
Επαναλαμβάνοντας το πείραμά τους σε δεκάδες φορές σε διαφορετικά δείγματα αντιδραστηρίου κάτω από διαφορετικές συνθήκες, οι ερευνητές της ALPHA δεν διαπίστωσαν καμία διαφορά μεταξύ της μετατόπισης του Lamb στο υδρογόνο και της μετατόπισης του Lamb σε αντιϋδρογόνο που τα όργανα τους θα μπορούσαν να ανιχνεύσουν.
"Επί του παρόντος, δεν υπάρχει γνωστή διαφορά μεταξύ των θεμελιωδών ιδιοτήτων του αντιφυδρογόνου και του κανονικού υδρογόνου", δήλωσε ο Fujiwara. "Εάν βρούμε κάποια διαφορά, ακόμα και το ελάχιστο ποσό, θα αναγκάσει μια ριζική αλλαγή στον τρόπο που κατανοούμε το φυσικό μας σύμπαν".
Αν και οι ερευνητές δεν έχουν βρει ακόμη διαφορές, η φυσική των αντιδραστηρίων είναι ακόμα ένας νέος τομέας. Οι φυσικοί δεν είχαν καν μελετημένα δείγματα των ουσιών μέχρι το 2002 και η ALPHA δεν άρχισε να συλλαμβάνει συστηματικά δείγματα υδρογόνου μέχρι το 2011.
Αυτή η ανακάλυψη είναι ένα "πρώτο βήμα", δήλωσε ο Φιτζγουάρα, αλλά υπάρχουν ακόμα πολλά ακόμα που πρέπει να μελετηθούν προτού οι φυσικοί καταλάβουν πώς αντιπαραβάλλουν το υδρογόνο και το αντι-υδρογόνο.
