Den bästa vetenskapen - de frågor som fångar och tvingar varje människa - är omsluten av mysterium. Om detta hade varit fallet skulle de två typerna av partiklar ha förintat varandra och lämnat ett universum genomsyrat av energi.
Som vår existens intygar, hände detta inte. I själva verket verkar naturen ha en del av 10 miljarder preferens för materia framför antimateria. Det är ett av de största mysterierna i modern fysik.
Men Large Hadron Collider arbetar hårt, och bokstavligen skjuter materien till gränsen för att lösa detta fängslande mysterium. Denna vecka skapade CERN en stråle av antihydrogenatomer, vilket gjorde det möjligt för forskare att göra exakta mätningar av detta svårfångade antimateria för första gången.
Antipartiklar är identiska med materialpartiklar förutom tecknet på deras elektriska laddning. Så medan väte består av en positivt laddad proton som kretsas av en negativt laddad elektron, består väte av ett negativt laddat antiproton som kretsas av en positivt laddad anti-elektron eller en positron
Även om primordial antimatter aldrig har observerats i universum, är det möjligt att skapa antihydrogen i en partikelaccelerator genom att blanda positroner och antiprotoner med låg energi.
2010 fångade och höll ALPHA-teamet för första gången atomer av antihydrogen. Nu har teamet framgångsrikt skapat en stråle av antihydrogenpartiklar. I ett papper som publicerades denna vecka i Nature Communications rapporterar ALPHA-teamet upptäckten av 80 antihydrogenatomer 2,7 meter nedströms från deras produktion.
"Det här är första gången vi har kunnat studera antihydrogen med viss precision," sa ALPHA-talesman Jeffrey Hangst i ett pressmeddelande. "Vi är optimistiska för att ALPHAs fångstteknik kommer att ge många sådana insikter i framtiden."
En av de viktigaste utmaningarna är att hålla antihydrogen borta från vanlig materia, så att de två inte förstör varandra. För att göra det använder de flesta experiment magnetfält för att fånga antihydrogenatomer tillräckligt länge för att studera dem.
De starka magnetfältna försämrar emellertid de spektroskopiska egenskaperna hos antihydrogenatomerna, så ALPHA-teamet var tvungna att utveckla en innovativ uppsättning för att överföra antihydrogenatomer till ett område där de kunde studeras, långt från det starka magnetfältet.
För att mäta laddningen av antihydrogen studerade ALPHA-teamet banorna med antihydrogenatomer frigjorda från fällan i närvaro av ett elektriskt fält. Om antihydrogenatomerna hade en elektrisk laddning skulle fältet avböja dem, medan neutrala atomer skulle avböjas.
Resultatet, baserat på 386 inspelade händelser, ger ett värde på den antihydrogenelektriska laddningen vid -1,3 x 10-8. Med andra ord är laddningen kompatibel med noll till åtta decimaler. Även om detta resultat inte är någon överraskning, eftersom väteatomer är elektriskt neutrala, är det första gången att laddningen av en antatom mäts till så hög precision.
I framtiden kan varje detekterbar skillnad mellan materia och antimateria hjälpa till att lösa ett av de största mysterierna i modern fysik, genom att öppna ett fönster till ett nytt vetenskapsområde.
Artikeln har publicerats i Nature Communications.
