Žurnale „Nature“ paskelbtame straipsnyje pranešama, kad pirmą kartą pavyko užfiksuoti antimaterijos atomo optinį spektrą. Šis pasiekimas – 20 metų CERN laboratorijos (Ženeva, Šveicarija) mokslininkų, tiriančių antimedžiagos savybes, darbo rezultatas, reiškiantis ir technologinius pasiekimus, atveriančius naują erą antimaterijos didelio tikslumo tyrimams.
Atomai yra sudaryti iš branduolio, apie kurį savo orbitomis skrieja elektronai. Kai elektronai pereina iš vienos orbitos į kitą, jie sugeria ar išspinduliuoja fotonus – tam tikro bangos ilgio šviesos fotonus, kuriuos galima registruoti ir taip stebėti atomo spektrą.
Kiekvienas elementas turi savo unikalų spektrą, todėl spektroskopija yra labai dažnai naudojama įvairių sričių tyrimams fizikoje, astronomijoje, chemijoje. Spektroskopija leidžia atpažinti ir apibūdinti atomus ir molekules bei jų vidines būsenas.
Pavyzdžiui, astrofizikoje, analizuojant šviesos sklindančios iš tolimų žvaigždžių spektrus, galima nustatyti jų cheminę sudėtį.
Vandenilis, turintis vieną protoną ir vieną elektroną, yra labiausiai Visatoje paplitusi medžiaga, pakankamai paprasta ir tuo pačiu gerai ištyrinėta. Vandenilio spektras taip pat gerai žinomas ir išmatuojamas labai dideliu tikslumu.
Tačiau apie vandenilio priešingybės – antivandenilio atomą, sudarytą iš antiprotono ir pozitrono, žinoma labai mažai.
Pagrindinė priežastis – norint tokius atomus tirti, visų pirma reikia juos pagaminti. Tačiau tai sudėtingas procesas, be to, antimedžiaga, susilietusi su medžiaga, anihiliuoja, abi virsdamos gryna energija.
Tačiau antimedžiagos tyrimai yra verti pastangų. Jei pasirodytų, kad vandenilio ir antivandenilio spektrai skiriasi, tai reikštų, kad antimedžiagai galioja kiti, mums kol kas nežinomi fizikos dėsniai. Taip pat tokie tyrimai gali padėti atsakyti į fundamentalų klausimą – kodėl Visatoje materijos yra gerokai daugiau nei antimaterijos ir kodėl ši asimetrija atsirado.
Kita vertus, jei pasirodytų, kad vandenilio ir antivandenilio spektrai sutampa, tai reikštų, kad vadinamasis Standartinis modelis, aprašantis elementarias daleles, jų elgesį ir tarp jų veikiančias jėgas, galioja ir antimedžiagai.
Taigi, 2016 metų gruodžio 16-tą dieną CERN mokslininkai iš ALPHA tyrimų grupės paskelbė, kad jiems pirmiesiems pasaulyje pavyko užregistruoti antivandenilio spektrą.
Pasirodė, kad antivandenilio spektras sutampa su vandenilio spektru. Taigi, Standartinis fizikos modelis, teigiantis, kad vandenilio ir antivandenilio spektrai turi būti identiški, galioja ir antimedžiagai.
ALPHA yra unikalus eksperimentas CERN laboratorijos eksperimentas, kuriam naudojamas antiprotonų lėtintuvas – įrenginys, galintis sukurti antivandenilio atomus ir juos išlaikyti specialiuose magnetinio lauko spąstuose. Taip sugautus atomus galima tirti, naudojant lazerius ar kitus spinduliuotės šaltinius, nebijant, kad jie anihiliuos.
.
Antiprotonų arba pozitronų pagavimas ir išlaikymas magnetinio lauko spąstuose yra gana nesunkus, nes šios dalelės turi elektrinį krūvį. Tačiau juos sujungus, gaunasi neutralus antivandenilio atomas, kurį gerokai sunkiau išlaikyti.
Antivandenilio atomai sukuriami, lėtintuve maišant maždaug 90000 antiprotonų ir pozitronų plazmas. Vienu metu pavyksta sukurti maždaug 25000 antivandenilio atomų. Tačiau sulaikyti pavyksta tik tuos, kurie juda labai lėtai – vos 14 atomų vieno eksperimento metu. Atrodytų, labai mažai, tačiau tai kol kas geriausias pasiekimas. Apšvietus šiuos atomus tiksliai suderinto dažnio lazerio spinduliu, mokslininkai gali stebėti jų atomų sąveiką su šviesa. Buvo matuojamas vienas paprasčiausių elektronų perėjimų, vadinamas 1S-2S. Atomas, esantis 2S būsenoje, yra stabilus, todėl ypač tinkamas tiksliems matavimams.
Mokslininkai ketina tęsti tyrimus, didindami matavimų tikslumą, tačiau bent jau kol kas teorija pasitvirtina – materija ir antimaterija yra simetriškos.
ALPHA observes light spectrum of antimatter for first time
Observation Of The 1S-2S Transition In Trapped Antihydrogen Published In Nature
Daugiau:
VU tyrėjus pripažinę CERN specialistai Lietuvoje ieškos naujų idėjų pasaulinio mokslo pažangai
Išmatuota jėga, veikianti tarp antimedžiagos dalelių
CERN – ne tik mokslo, bet ir meno gimimo vieta
Gautos atomų, esančių molekulinėje struktūroje, 3D hologramos
NASA mokslininkai planuoja sukurti šalčiausią vietą visoje Visatoje