După două decenii de încercări, fizicienii de la CERN au anunţat că au reuşit să măsoare, pentru prima dată, spectrul radiaţiei electromagnetice emise de un atom de antimaterie, ceea ce a relevat că atomul de antihidrogen este exact imaginea în oglindă a atomului de hidrogen.

Rezultatul confirmă, în cele din urmă, predicţia legilor fizicii şi permite testarea teoriei relativității restrânse (sau relativitatea specială) a lui Einstein. Mai mult, acesta ne-ar putea ajuta să dezlegăm unul dintre cele mai mari mistere din fizica modernă: de ce există mai multă materie decât antimaterie în Univers?

„Acesta este un moment istoric în ceea ce priveşte cercetările privind crearea antimateriei și compararea proprietăţilor acesteia cu cele ale materiei obişnuite”, a declarat fizicianul Alan Kostelecky de la Indiana University, care nu a fost implicat în studiu.

Legile fizicii prezic că pentru fiecare particulă de materie obișnuită există o antiparticulă. Deci, pentru fiecare electron încărcat electric negativ, există un pozitron încărcat electric pozitiv. Aceasta înseamnă că pentru fiecare atom de hidrogen obișnuit există un atom de antihidrogen și la fel cum un atom de hidrogen este format dintr-un electron şi un proton, un atom de antihidrogen este format dintr-un antielectron (sau pozitron) şi un antiproton.

Atunci când materia şi antimateria intră în contact una cu alta, ele se anihilează reciproc şi rezultă energie sub formă de radiaţie electromagnetică. Acest lucru înseamnă că fizicienilor le este foarte greu să izoleze antimateria, deoarece aceasta va fi anihilată în contact cu materia.

Dacă legile fizicii sugerează că în momentul Big Bang s-au generat cantităţi egale de materie şi antimaterie, de ce în prezent materia obişnuită este predominantă în Univers?

„Ceva s-a întâmplat, probabil o mică asimetrie care a făcut ca o parte din materia obişnuită generată în momentul Big Bang să supravieţuiască anihilării cu antimateria, chiar dacă noi nu avem o explicaţie pentru asta”, a declarat Jeffrey Hangst, un membru al echipei de cercetători din cadrul experimentului ALPHA de la CERN.

Experimentul ALPHA

Experimentul ALPHA de la CERN. Credit: CERN

Pentru prima dată, oamenii de știință au reuşit să măsoare radiaţia electromagnetică emisă de un atom de antihidrogen atunci când acesta este lovit de un laser și pe care au comparat-o cu radiaţia emisă de un atom de hidrogen.

„Am folosit un laser pentru a observa o tranziție în atomul de antihidrogen pe care am comparat-o cu cea din atomul de hidrogen, pentru a vedea dacă se supun acelorași legi ale fizicii, acesta fiind un obiectiv cheie al cercetării antimateriei”, a declarat Hangst într-un comunicat de presă.

Pentru că este imposibil să găsim un atom de antihidrogen în natură, deoarece hidrogenul este cel mai abundent element din Univers şi acesta anihilează orice atom de antihidrogen pe care l-ar putea întâlni, oamenii de ştiinţă au fost nevoiţi să producă atomi de antihidrogen.

În ultimii 20 de ani, cercetătorii care lucrează în cadrul experimentului ALPHA au reuşit să producă un număr suficient de mare de atomi de antihidrogen pentru a lucra cu ei și, în cele din urmă, au conceput o tehnică care le permite să creeze aproximativ 25.000 de atomi de antihidrogen la fiecare 15 minute și să izoleze aproximativ 14 dintre ei.

Pozitronii din atomii de antihidrogen, care au putut fi izolaţi, au fost loviţi cu o rază laser pentru a trece de pe un nivel mai redus de energie pe un nivel superior. Pe măsură ce pozitronii au revenit pe nivelul mai mic de energie, radiaţia electromagnetică emisă în acest mod a putut fi măsurată.

Fizicienii au constatat că, în acelaşi test, atomul de antihidrogen emite același spectru de radiaţie electromagnetică ca şi atomul de hidrogen.

„De mult timp s-a teoretizat că antimateria este o reflectare exactă a materiei, dar acum avem probe care demonstrează că acest lucru este într-adevăr adevărat”, a declarat Tim Tharp, cercetător în cadrul experimentului Alpha.

Măsurătorile sunt în concordanță cu Modelul Standard al fizicii particulelor, care prezice că hidrogenul și antihidrogenul au aceleaşi caracteristici ale radiaţiei emise, iar acum fizicienii au posibilitatea să testeze mai multe spectre de emisie utilizând diferite tipuri de lasere.

Dacă toate aceste spectre vor fi identice, atunci ele confirmă teoria relativității restrânse a lui Einstein. Dacă materia și antimateria nu se oglindesc reciproc, iar legile care descriu materia şi antimateria sunt diferite, atunci teoria Big Bangului ar putea fi greșită.

Toate acestea le oferă oamenilor de știință ocazia să reanalizeze legile fizicii și să înţeleagă într-un final de ce materia obişnuită predomină în Univers.

Studiul cercetătorilor a fost publicat în revista Nature.

Sursă: Science Alert