Vi lever i ett universum tillverkat av materia. Fysiker vill veta varför materien har ersatt sin antimateriella tvilling, och denna vecka kom ALPHA-samarbetet vid CERN ett steg närmare att avslöja mysteriet.
ALPHA, ett internationellt samarbetsexperiment som inrättades 2005, var utformat för att fånga och mäta antihydrogenpartiklar med ett specialdesignat experiment. Det plockar upp där dess antimaterisökande föregångare, ATHENA, slutade. Fokus ligger på antihydrogen eftersom väte är det vanligaste elementet i universum och dess struktur är extremt välkänd för forskare.
Varje väteatom har en elektron som kretsar kring sin kärna. Att skjuta ljus mot atomerna väcker upp elektronen och får den att hoppa in i en bana längre bort från kärnan innan den slappnar av och återgår till sitt vilande bana som avger ljus i processen. Frekvensfördelningen för detta utsända ljus är känt; det har mätt exakt och är i vårt universum gjord av materia unikt för väte.
Grundfysiken dikterar att väteets antimateriella tvilling, anti-väte, borde vara lika igenkännlig genom att ha ett identiskt spektrum. Det vill säga om allt vi vet om partikelfysik är rätt. Att fånga och mäta antihydrogen-spektrum är ALPHA-gruppens huvudmål.
ALPHA har tagit de första blygsamma mätningarna av antihydrogen. I ALPHA-apparaten fångas antihydrogen av ett arrangemang av magneter som påverkar atomens magnetfält. Mikrovågor som är inställda på en specifik frekvens riktade mot dessa antihydrogenatomer vänder sin magnetiska orientering och frigör dem. Det frigjorda antihydrogenet möter väte när det rymmer och de två förintas varandra, vilket lämnar ett välkänt mönster i partikeldetektorer som omger apparaten.
Apparaten fångade bevis på att elektronhoppningen går i en antihydrogenatom efter att mikrovågsstrålningen förändrade sitt inre tillstånd. Resultatet visar vidare giltigheten av ALPHA: s strategi, vilket visar att apparaten har tillräckligt med kontroll och känslighet för att framgångsrikt kunna genomföra experimentet den var designad för. I framtiden kommer ALPHA att fokusera på att förbättra noggrannheten i sina mikrovågsmätningar för att avslöja antihydrogen-spektrumet med lasrar.
De spännande resultaten var svåra att få fram eftersom antihydrogen inte finns i naturen. Det är tillverkat i ALPHA-apparaten från antiprotoner som själva är tillverkade i Antiproton Decelerator och positroner från en radioaktiv källa. Och det måste ha en tillräckligt låg energinivå för att förbli instängd för mätningar. Men det fungerar, och det kan bara ge fysiker den nyckel de behöver för att förstå mysteriet i det tidiga universum.
Källa: CERN
