Pentru prima dată fizicienii au observat spectrul de lumină al Antimateriei

by Ana Balan on Jun 6, 2017 Știință 366 Vizualizari

După două decenii de încercare, fizicienii de la CERN au raportat prima măsurare a luminii emise de un atom de antimaterie, dezvăluind că antihidrogenul este imaginea exactă în oglinda a hidrogenului obișnuit.

Rezultatul, care confirmă în cele din urmă ceea ce a fost de mult prevăzut de legile fizicii, deschide o nouă modalitate de a testa teoria relativității speciale a lui Einstein și ne-ar putea ajuta să răspundem la una dintre cele mai mari mistere din fizica modernă – de ce există mult mai multa materie decât antimateria în Univers?

Acest lucru reprezintă un punct istoric în eforturile de a crea antimaterie și de a compara proprietățile cu cele ale materiei”, a declarat fizicianul teoretic Alan Kostelecky de la Universitatea din Indiana, care nu a fost implicat în studiu.

Dacă nu sunteți familiarizat cu problema „Unde este antimateria?”, problemă în fizică, iată câteva informații de fundal.

Legea fizicii prezice că pentru fiecare particulă a materiei obișnuite există o antiparticulă. Deci, pentru fiecare electron încărcat negativ, există un pozitron încărcat pozitiv.
Asta înseamnă că pentru fiecare atom de hidrogen obișnuit există un atom de hidrogen și, așa cum un atom de hidrogen este alcătuit dintr-un electron legat la un proton, un atom antihidrogen este alcătuit dintr-un antielectron (sau pozitiv) legat la un antiproton.

Dacă se întâmplă ca o antiparticula să găsească o particulă obișnuită, ele se vor anula reciproc, eliberând energia sub formă de lumină.

Acest fapt creează două probleme destul de grave. Primul este că există atât de multe lucruri obișnuite în Univers, este practic imposibil ca fizicienii să găsească în natură o antimaterie, pentru că vor fi anihilați înainte ca ei să aibă chiar șansa de a începe să caute.

A doua problemă este motivul pentru care există o problemă mult mai regulată decât antimateria – dacă modelele noastre actuale de fizică sugerează că o cantitate egală de particule obișnuite și antiparticule au fost produse de Big Bang, nu ar trebui ca totul din Univers să se fi anulat?

Sa întâmplat ceva, o mică asimetrie care a dus la supraviețuire o parte din problemă și pur și simplu nu avem nicio idee bună care sa explice acest lucru acum”, spune un membru din echipa, Jeffrey Hangst, din experimentul ALPHA de la CERN din Elveția.

Totuși, toate acestea s-ar putea schimba, pentru că pentru prima dată, oamenii de știință au fost capabili să măsoare felul de lumină eliberat de un atom de hidrogen atunci când este lovit de un laser și să compară cu lumina dată de un atom de hidrogen obișnuit .

S-ar putea să nu fie prea mult, dar pentru prima oară am reușit să controlam un atom de anti-hidrogen pentru suficient timp ca sa măsuram direct comportamentul său și să îl comparăm cu omologul său normal de hidrogen.

Folosind un laser pentru a observa o tranziție în anti-hidrogen și pentru a le compara cu hidrogenul pentru a vedea dacă se supun acelorași legi ale fizicii a fost întotdeauna un obiectiv cheie al cercetării antimaterie, Hangst a spus într-o declarație de presa.

Deoarece este imposibil să găsești antihidrogenică în natură – văzând că hidrogenul este elementul cel mai abundent din Univers, atât de ușor anulează antihidrogenii ascunși – oamenii de știință trebuie să producă propriile lor atomi de anti-hidrogen.

În ultimii 20 de ani, echipa ALPHA a învățat cum să producă suficienți astfel de atomi de hidrogen pentru a obține o șansă de a lucra cu ei, și în cele din urmă a venit cu o tehnică care le permite să creeze aproximativ 25 000 de atomi de hidrogen la fiecare 15 Minute și sa capteze  în jur de 14 dintre ei.

Metodele anterioare puteau captura doar 1,2 atomi anti-hidrogen în 15 minute.

Aceste particule capturate ar fi apoi aruncate cu ajutorul lămpii laser pentru a forța pozițiile lor să „sară” de la un nivel de energie mai mic la unul mai înalt. Pe măsură ce pozițiile posterioare au revenit la nivelul de energie mai scăzut, cantitatea de lumină eliberată poate fi măsurată.

Echipa a constatat că atomul de antihidrogen a emis exact același spectru de lumină ca atomii obișnuiți de hidrogen care au fost supuși aceluiași test.

S-a crezut mult timp că antimateria este o reflectare exactă a materiei și acum colectam dovezi pentru a arata ca este adevărat”, a spus Tim Tharp de la ALPHA pentru Ryan F. Mandelbaum la Gizmodo.

Acest rezultat este în concordanță cu modelul standard al fizicii particulelor, care prevede că hidrogenul și antihidrogenul vor avea caracteristici identice cu emisia de lumină, dar acum fizicienii au șansa de a testa chiar mai multe emisii de spectre prin utilizarea diferitelor tipuri de lasere.

Dacă toate testele se încheie identic, teoria relativitatii speciale a lui Einstein mai apuca sa traiasca o zi, așa cum explică Adrian Cho pentru Natura:

„Explicarea exactă a motivului pentru care relativitatea specială necesită o antimaterie pentru oglindirea materiei implică o mulțime de matematică. Dar într-un cuvânt, dacă această relație de oglindă nu era exactă, atunci ideea de bază din spatele relativității speciale nu putea fi exactă.

Relativitatea specială presupune că un singur lucru unificat numit spațiu se împarte în mod diferit în spațiu și timp pentru ca observatorii să se miște relativ unul de celălalt. Se spune că nici un observator nu poate spune cine se mișcă cu adevărat și cine este staționar. Dar acest lucru nu poate fi exact dacă materia și antimateria nu se oglindesc reciproc. ”

Dar dacă materia și antimateria nu se oglindesc reciproc – dacă antimateria nu respectă aceleași legi ale fizicii ca materia normală – modelele noastre de Big Bang vor fi eronate.

Și asta ne oferă șansa de a regândi totul și de a ne da seama o dată pentru totdeauna de ce materia a scăpat de anihilarea totală în Univers și ne-a permis ca și orice altceva să existe.

Evident, ne depășim pe noi înșine, dar acestea sunt tipurile de posibilități pe care acest experiment le-a deschis pentru noi și sunt lucruri interesante.

Suntem cu adevărat bucuroși ca, în final, sa putem spune ca am făcut acest lucru”, a declarat Hangst pentru NPR. „Pentru noi, este un lucru foarte important.”

Sursa: Nature.

Ana Balan

Ana Balan

Îți recomandăm

Interesante

Abonează-te la newsletter pentru ultimele noutăţi!