Die beste Wissenschaft - die Fragen, die jeden Menschen erfassen und zwingen - ist geheimnisvoll. Wenn dies der Fall gewesen wäre, hätten sich die beiden Arten von Teilchen gegenseitig vernichtet und ein von Energie durchdrungenes Universum hinterlassen.
Wie unsere Existenz bestätigt, ist dies nicht geschehen. Tatsächlich scheint die Natur einen Teil der 10-Milliarden-Präferenz für Materie gegenüber Antimaterie zu haben. Es ist eines der größten Geheimnisse der modernen Physik.
Aber der Large Hadron Collider arbeitet hart daran, die Materie buchstäblich an ihre Grenzen zu bringen, um dieses faszinierende Rätsel zu lösen. Diese Woche hat das CERN einen Strahl von Antiwasserstoffatomen erzeugt, mit dem Wissenschaftler zum ersten Mal präzise Messungen dieser schwer fassbaren Antimaterie durchführen können.
Antiteilchen sind bis auf das Vorzeichen ihrer elektrischen Ladung mit Materieteilchen identisch. Während Wasserstoff aus einem positiv geladenen Proton besteht, das von einem negativ geladenen Elektron umkreist wird, besteht Antiwasserstoff aus einem negativ geladenen Antiproton, das von einem positiv geladenen Anti-Elektron oder einem Positron umkreist wird
Während im Universum noch nie eine ursprüngliche Antimaterie beobachtet wurde, ist es möglich, in einem Teilchenbeschleuniger Antiwasserstoff zu erzeugen, indem Positronen und Antiprotonen mit niedriger Energie gemischt werden.
Im Jahr 2010 hat das ALPHA-Team erstmals Antiwasserstoffatome eingefangen und gehalten. Jetzt hat das Team erfolgreich einen Strahl aus Antiwasserstoffpartikeln erzeugt. In einem Artikel, der diese Woche in Nature Communications veröffentlicht wurde, berichtet das ALPHA-Team über den Nachweis von 80 Antiwasserstoffatomen 2,7 Meter stromabwärts von ihrer Produktion.
"Dies ist das erste Mal, dass wir Antiwasserstoff mit einer gewissen Präzision untersuchen konnten", sagte ALPHA-Sprecher Jeffrey Hangst in einer Pressemitteilung. "Wir sind optimistisch, dass die Fangtechnik von ALPHA in Zukunft viele solcher Erkenntnisse liefern wird."
Eine der wichtigsten Herausforderungen besteht darin, Antiwasserstoff von gewöhnlichen Stoffen fernzuhalten, damit sich die beiden nicht gegenseitig vernichten. Zu diesem Zweck verwenden die meisten Experimente Magnetfelder, um Antiwasserstoffatome lange genug einzufangen, um sie zu untersuchen.
Die starken Magnetfelder verschlechtern jedoch die spektroskopischen Eigenschaften der Antiwasserstoffatome. Daher musste das ALPHA-Team einen innovativen Aufbau entwickeln, um Antiwasserstoffatome in eine Region zu übertragen, in der sie untersucht werden können, weit entfernt vom starken Magnetfeld.
Um die Ladung von Antiwasserstoff zu messen, untersuchte das ALPHA-Team die Flugbahnen von Antiwasserstoffatomen, die in Gegenwart eines elektrischen Feldes aus der Falle freigesetzt werden. Wenn die Antiwasserstoffatome eine elektrische Ladung hätten, würde das Feld sie ablenken, während neutrale Atome nicht abgelenkt würden.
Das Ergebnis, basierend auf 386 aufgezeichneten Ereignissen, ergibt einen Wert der elektrischen Antiwasserstoffladung bei -1,3 × 10-8. Mit anderen Worten, seine Ladung ist mit null bis acht Dezimalstellen kompatibel. Obwohl dieses Ergebnis nicht überraschend ist, da Wasserstoffatome elektrisch neutral sind, ist es das erste Mal, dass die Ladung eines Antiatoms mit so hoher Präzision gemessen wurde.
In Zukunft könnte jeder erkennbare Unterschied zwischen Materie und Antimaterie dazu beitragen, eines der größten Rätsel der modernen Physik zu lösen und ein Fenster in ein neues Gebiet der Wissenschaft zu öffnen.
Das Papier wurde in Nature Communications veröffentlicht.
