Ezer másodpercre "palackba" zártható az antianyag
Több mint 16 percen át sikerült fogságban tartani antihidrogén atomokat, ami óriási előrelépés a normál anyag tükörképének tanulmányozásában. A kutatók a Nature Physics hasábjain számoltak be eredményeikről, illetve arról, hogyan képesek minden eddiginél részletesebben vizsgálni az antianyag tulajdonságait, ami segíthet megérteni, miért a hagyományos anyag alkotja univerzumunkat.
Az anyag és az antianyag a töltésüktől eltekintve azonosak, az elméletek szerint az ősrobbanás egyforma mennyiségben hozta létre a két típust, a kozmosz mégis az anyagot favorizálta valamiért. "Tavaly novemberi eredményeink óta javítottunk a csapdába ejtés hatékonyságán" - mondta Jeffrey Hangst, a Cern svájci részecskefizikai laboratóriumában működő Alpha (Antihidrogén Lézerfizikai Berendezés) együttműködés tagja. "Annak érdekében, hogy elvégezhessük ezeket a tanulmányokat, körülbelül ötszörös növekedést kellett elérnünk az atomok számában. Tavaly 38 foglyul ejtett atomról számolhattunk be, most pedig közel 300-at tanulmányoztunk, amiket különböző időintervallumokon át tartottunk fogva"
A normál anyagnál egy hidrogén atom egy protonból és a hozzá kötődő elektronból áll, míg antianyag párjánál az elektron ellentéte, egy pozitron kapcsolódik egy antiprotonhoz. Ez a két részecske együtt egy semleges antiatomot alkot. A részecskefizikai laboratóriumok, mint a Cern, már rutinszerűen állítják elő ezeket az antianyag részecskéket, azonban egészen mostanáig, nagy nehézséget okozott az antianyag megőrzése, mivel a hagyományos anyagból készült tárolókkal való kölcsönhatás azonnal megsemmisíti, az elektromos mezők nem hatnak rájuk, kizárólag a szupravezető mágnesek jelentenek megoldást, ezekhez azonban igen egzotikus körülményeket kell biztosítani.
Az Alpha együttműködés a fenti problémák kiküszöbölésére kifejlesztett egy hideg, mindenféle anyagtól mentes mágneses "palackot", ami lehetővé teszi az antihidrogén részecskék tárolását. Eleinte mindössze egy másodperc tizedrészéig sikerült az antianyag részecskéket tárolni, mára azonban ezt az időt az ötezerszeresére növelték, ami már lehetővé teszi, hogy a részecskék legkisebb energiájú állapotukban, vagyis az alapállapotukon pihenjenek. "Ha egy atomra egy kis bolygórendszerként tekintünk, melyben az elektron, vagy esetünkben egy pozitron a nukleusz körül kering, az alapállapot az, ahol az elektron vagy a pozitron a legközelebb helyezkedik el a nukleuszhoz" - magyarázta dr. Hangst, aki munkatáraival elsőként az antianyag energiaeloszlását mérte. "Úgy vélem sikerült antihidrogénünket gerjesztenünk, más szavakkal a pozitront nagyobb távolságba vinni a nukleusztól, így nagyobb az energiája"
Ez volt a hosszú életű antihidrogén atomokkal elvégzett első kísérlet, a tudósok rendelkezésére álló 1000 másodperc azonban ennél sokkal érdekesebb dolgokra is fényt deríthet, hiszen az atomoknak a létrejöttüktől csupán egy félmásodpercre van szükségük az alapállapot eléréséhez. Az Alpha csapat következő lépésként az antihidrogén atomok belső szerkezetének mikrohullámokkal történő vizsgálatát tervezi, valamint azt is szeretnék látni, hogyan viselkednek ugyanezek a részecskék univerzumunk gravitációs mezőiben.
Ez utóbbi kísérlethez még hidegebb körülményeket kell teremteniük. Jelenleg az antihidrogén atomokat mindössze fél fokkal az abszolút nulla fölött tárolják, a gravitációs kísérlethez viszont csak néhány ezred fokkal léphetik túl az elméletben elérhető legalacsonyabb hőmérsékletet, hogy lézerek alkalmazásával színkép vizsgálatokat végezhessenek az antianyagon. "A kérdés nagyon egyszerű: az anyag és az antianyag ugyanazoknak a fizikai törvényeknek engedelmeskedik-e?" - nyilatkozott Hangst professzor a BBC-nek. "Az ősrobbanás-elmélet szerint a kezdetekkor egyenlő mennyiségben volt jelen az anyag és az antianyag, a természet azonban az anyagot választotta. Tudjuk, hogy valami hiányzik az univerzum működéséről alkotott jelenlegi modellből, csak azt nem tudjuk mi, ezért amikor csak a kezünk közé kerül az antianyag, akkor nagyon alaposan szemügyre kell vennünk, hátha találunk valamilyen különbséget"
Az időtartam növelése után a fő feladat immár a csapdába ejthető atomok számának növelése. A csapat szerint ez jelenleg fontosabb, mint az antiatomok élettartamának meghosszabbítása, ami már megfelelő a tervezett kísérletek elvégzéséhez, melyben a színképelemzés mellett szeretnék szemügyre venni az antiatomok CPT (töltés-paritás-idő) szimmetriáját is. Ez a szimmetria azt jelenti, hogy az adott részecske ugyanúgy viselkedik egy tüköruniverzumban, ha ellentétes töltéssel rendelkezik és visszafelé mozog az időben. "Bármilyen jel, ami CPT-szimmetria sérülésére utal, a természetről alkotott alapelveink komoly átgondolását jelentené" - tette hozzá Hangst.
A normál anyagnál egy hidrogén atom egy protonból és a hozzá kötődő elektronból áll, míg antianyag párjánál az elektron ellentéte, egy pozitron kapcsolódik egy antiprotonhoz. Ez a két részecske együtt egy semleges antiatomot alkot. A részecskefizikai laboratóriumok, mint a Cern, már rutinszerűen állítják elő ezeket az antianyag részecskéket, azonban egészen mostanáig, nagy nehézséget okozott az antianyag megőrzése, mivel a hagyományos anyagból készült tárolókkal való kölcsönhatás azonnal megsemmisíti, az elektromos mezők nem hatnak rájuk, kizárólag a szupravezető mágnesek jelentenek megoldást, ezekhez azonban igen egzotikus körülményeket kell biztosítani. Az Alpha együttműködés a fenti problémák kiküszöbölésére kifejlesztett egy hideg, mindenféle anyagtól mentes mágneses "palackot", ami lehetővé teszi az antihidrogén részecskék tárolását. Eleinte mindössze egy másodperc tizedrészéig sikerült az antianyag részecskéket tárolni, mára azonban ezt az időt az ötezerszeresére növelték, ami már lehetővé teszi, hogy a részecskék legkisebb energiájú állapotukban, vagyis az alapállapotukon pihenjenek. "Ha egy atomra egy kis bolygórendszerként tekintünk, melyben az elektron, vagy esetünkben egy pozitron a nukleusz körül kering, az alapállapot az, ahol az elektron vagy a pozitron a legközelebb helyezkedik el a nukleuszhoz" - magyarázta dr. Hangst, aki munkatáraival elsőként az antianyag energiaeloszlását mérte. "Úgy vélem sikerült antihidrogénünket gerjesztenünk, más szavakkal a pozitront nagyobb távolságba vinni a nukleusztól, így nagyobb az energiája"
Ez volt a hosszú életű antihidrogén atomokkal elvégzett első kísérlet, a tudósok rendelkezésére álló 1000 másodperc azonban ennél sokkal érdekesebb dolgokra is fényt deríthet, hiszen az atomoknak a létrejöttüktől csupán egy félmásodpercre van szükségük az alapállapot eléréséhez. Az Alpha csapat következő lépésként az antihidrogén atomok belső szerkezetének mikrohullámokkal történő vizsgálatát tervezi, valamint azt is szeretnék látni, hogyan viselkednek ugyanezek a részecskék univerzumunk gravitációs mezőiben.
Ez utóbbi kísérlethez még hidegebb körülményeket kell teremteniük. Jelenleg az antihidrogén atomokat mindössze fél fokkal az abszolút nulla fölött tárolják, a gravitációs kísérlethez viszont csak néhány ezred fokkal léphetik túl az elméletben elérhető legalacsonyabb hőmérsékletet, hogy lézerek alkalmazásával színkép vizsgálatokat végezhessenek az antianyagon. "A kérdés nagyon egyszerű: az anyag és az antianyag ugyanazoknak a fizikai törvényeknek engedelmeskedik-e?" - nyilatkozott Hangst professzor a BBC-nek. "Az ősrobbanás-elmélet szerint a kezdetekkor egyenlő mennyiségben volt jelen az anyag és az antianyag, a természet azonban az anyagot választotta. Tudjuk, hogy valami hiányzik az univerzum működéséről alkotott jelenlegi modellből, csak azt nem tudjuk mi, ezért amikor csak a kezünk közé kerül az antianyag, akkor nagyon alaposan szemügyre kell vennünk, hátha találunk valamilyen különbséget"Az időtartam növelése után a fő feladat immár a csapdába ejthető atomok számának növelése. A csapat szerint ez jelenleg fontosabb, mint az antiatomok élettartamának meghosszabbítása, ami már megfelelő a tervezett kísérletek elvégzéséhez, melyben a színképelemzés mellett szeretnék szemügyre venni az antiatomok CPT (töltés-paritás-idő) szimmetriáját is. Ez a szimmetria azt jelenti, hogy az adott részecske ugyanúgy viselkedik egy tüköruniverzumban, ha ellentétes töltéssel rendelkezik és visszafelé mozog az időben. "Bármilyen jel, ami CPT-szimmetria sérülésére utal, a természetről alkotott alapelveink komoly átgondolását jelentené" - tette hozzá Hangst.
Comments
Post a Comment