Videnskabsfolk har foretaget den mest præcise måling af antimaterie endnu, og resultaterne uddyber kun mysteriet om, hvorfor livet, universet og alt hvad der findes i det.
De nye målinger viser, at antimaterie og stof opfører sig identisk i en utrolig høj grad af præcision.
Alligevel kan disse nye målinger ikke besvare et af de største spørgsmål inden for fysik: Hvorfor, hvis lige dele stof og antimaterie blev dannet under Big Bang, består vores univers i dag af stof?
Universet i balance
Vores univers er baseret på balancen mellem modsætninger. For hver type "normal" partikel, der er fremstillet af stof, er der en konjugeret antipartikel med den samme masse, der har den modsatte elektriske ladning produceret på samme tid. Elektroner har modsatte antielektroner eller positroner; protoner har antiprotoner; og så videre.
Når materie og antimaterielle partikler mødes, ødelægger de imidlertid hinanden og efterlader kun rester energi bagud. Fysikere hævder, at der skulle have været lige store mængder af stof og antimaterie skabt af Big Bang, og hver af dem ville have sikret den andres gensidige ødelæggelse og efterladt et babyunivers berørt af livets byggesten (eller hvad som helst, virkelig). Men her er vi, i et univers, der består næsten helt af stof.
Men her er kickeren: Vi kender ikke noget oprindeligt antimateriale, der kom ud af Big Bang. Så hvorfor - hvis antimaterie og stof opfører sig på samme måde - overlevede den ene type stof Big Bang og den anden ikke?
En af de bedste måder at besvare dette spørgsmål er at måle de grundlæggende egenskaber ved stof og dets antimaterielle konjugater så præcist som muligt og sammenligne disse resultater, sagde Stefan Ulmer, fysiker ved Riken i Wako, Japan, som ikke var involveret i det nye forskning. Hvis der er en lille afvigelse mellem materieegenskaber og korrelerede antimaterieegenskaber, kan det være den første ledetråd til at løse fysikens største whununit. (I 2017 fandt forskere nogle små forskelle i den måde, hvorpå nogle partnere antimaterielle partnere opfører sig, men resultaterne var ikke statistisk stærke nok til at regne som en opdagelse.)
Men hvis forskere vil manipulere antimateriale, er de nødt til omhyggeligt at gøre det. I de senere år har nogle fysikere taget en undersøgelse af antihydrogen eller brintets antimateriale-modstykke, fordi brint er "en af de ting, vi forstår bedst i universet," fortæller co-forfatter Jeffrey Hangst, en fysiker ved Aarhus Universitet i Danmark, til Live Science . Fremstilling af antihydrogen involverer typisk blanding af 90.000 antiprotoner med 3 millioner positroner til frembringelse af 50.000 antihydrogenatomer, hvoraf kun 20 er fanget med magneter i et 11 tommer (28 centimeter) cylinderrør til videre undersøgelse.
I en ny undersøgelse, der blev offentliggjort i dag (4. april) i tidsskriftet Nature, har Hangst's team opnået en hidtil uset standard: De har indtil nu taget den mest præcise måling af antihydrogen - eller enhver form for antimaterie. I 15.000 atomer antihydrogen (tænk på at gøre den førnævnte blandingsproces ca. 750 gange), studerede de hyppigheden af lys, atomerne udsender eller absorberer, når de hopper fra en lavere energitilstand til en højere.
Forskernes målinger viste, at antihydrogenatomer 'energiniveauer og mængden af absorberet lys stemte overens med deres brint-modparter, med en præcision på 2 dele pr. Billion, hvilket dramatisk forbedrede den forrige målepræcision i størrelsesordenen dele pr. Milliard.
"Det er meget sjældent, at eksperimentelle formår at øge præcisionen med en faktor 100," fortalte Ulmer til Live Science. Han mener, at hvis Hangst's team fortsætter arbejdet i yderligere 10 til 20 år, vil de være i stand til at øge deres niveau af hydrogenspektroskopi-præcision med en yderligere faktor på 1.000.
For Hangst - talsmand for ALPHA-samarbejdet i Den Europæiske Organisation for Nuklear Forskning (CERN), der producerede disse resultater - var denne præstation årtier i gang.
At fange og holde antimaterie var en stor bedrift, sagde Hangst.
”For tyve år siden troede folk, at dette aldrig ville ske,” sagde han. "Det er en eksperimentel tour de force at være i stand til at gøre dette overhovedet."
De nye resultater er meget imponerende, fortalte Michael Doser, en fysiker ved CERN, der ikke var involveret i arbejdet, til Live Science i en e-mail.
"Antallet af fangede atomer til denne måling (15.000) er en enorm forbedring af egne poster for kun få år siden," sagde Doser.
Så hvad fortæller os den mest præcise måling af antimateriale? Nå, desværre, ikke meget mere, end vi allerede vidste. Som forventet opfører sig brint og antihydrogen - stof og antimaterie identisk. Nu ved vi bare, at de er identiske ved en måling af dele pr. Billion. Ulmer sagde dog, at målingen på 2 dele pr. Billioner ikke udelukker muligheden for, at der afviger noget mellem de to stoftyper på et endnu større præcisionsniveau, som hidtil har trodset måling.
Hvad angår Hangst, er han mindre optaget af at besvare spørgsmålet om, hvorfor vores univers af stof eksisterer, som det gør uden antimaterie - hvad han kalder "elefanten i rummet." I stedet ønsker han og hans gruppe at fokusere på at foretage endnu mere præcise målinger og undersøge, hvordan antimateriale reagerer med tyngdekraften - falder det ned som normal stof, eller kan det falde op?
Og Hangst mener, at mysterium kunne løses inden udgangen af 2018, hvor CERN lukker ned i to år for opgraderinger. ”Vi har andre tricks i ærmet,” sagde han. "Bliv hængende."
