De beste wetenschap - de vragen die een mens vangen en dwingen - is gehuld in mysterie. Als dit het geval was geweest, zouden de twee soorten deeltjes elkaar hebben vernietigd, waardoor een heelal doordrenkt was met energie.
Zoals ons bestaan getuigt, is dat niet gebeurd. In feite lijkt de natuur een deel van de 10 miljard voorkeur te hebben voor materie boven antimaterie. Het is een van de grootste mysteries van de moderne natuurkunde.
Maar de Large Hadron Collider werkt hard en drijft de materie letterlijk tot het uiterste om dit boeiende mysterie op te lossen. Deze week creëerde CERN een bundel anti-waterstofatomen, waardoor wetenschappers voor het eerst nauwkeurige metingen konden doen van dit ongrijpbare antimaterie.
Antideeltjes zijn identiek aan materiedeeltjes, behalve het teken van hun elektrische lading. Dus terwijl waterstof bestaat uit een positief geladen proton in een baan om een negatief geladen elektron, bestaat antiwaterstof uit een negatief geladen antiproton in een baan om een positief geladen anti-elektron, of een positron
Hoewel primordiaal antimaterie nog nooit in het heelal is waargenomen, is het mogelijk om antiwaterstof te maken in een deeltjesversneller door positronen en antiprotonen met lage energie te mengen.
In 2010 heeft het ALPHA-team voor het eerst atomen van antiwaterstof gevangen en vastgehouden. Nu heeft het team met succes een bundel anti-waterstofdeeltjes gemaakt. In een paper dat deze week in Nature Communications is gepubliceerd, meldt het ALPHA-team de detectie van 80 anti-waterstofatomen 2,7 meter stroomafwaarts van hun productie.
"Dit is de eerste keer dat we met enige precisie anti-waterstof kunnen bestuderen", zei ALPHA-woordvoerder Jeffrey Hangst in een persbericht. "We zijn optimistisch dat de vangtechniek van ALPHA in de toekomst veel van dergelijke inzichten zal opleveren."
Een van de belangrijkste uitdagingen is het weghouden van antiwaterstof uit de gewone materie, zodat de twee elkaar niet vernietigen. Om dit te doen, gebruiken de meeste experimenten magnetische velden om anti-waterstofatomen lang genoeg op te sluiten om ze te bestuderen.
De sterke magnetische velden tasten echter de spectroscopische eigenschappen van de anti-waterstofatomen aan, dus het ALPHA-team moest een innovatieve opstelling ontwikkelen om anti-waterstofatomen over te dragen naar een gebied waar ze bestudeerd konden worden, ver van het sterke magnetische veld.
Om de lading van antiwaterstof te meten, bestudeerde het ALPHA-team de trajecten van antiwaterstofatomen die vrijkomen uit de val in aanwezigheid van een elektrisch veld. Als de anti-waterstofatomen een elektrische lading zouden hebben, zou het veld ze afbuigen, terwijl neutrale atomen niet afgebogen zouden worden.
Het resultaat, gebaseerd op 386 geregistreerde gebeurtenissen, geeft een waarde van de anti-waterstof elektrische lading op -1,3 x 10-8. Met andere woorden, de lading is compatibel met nul tot acht decimalen. Hoewel dit resultaat geen verrassing is, aangezien waterstofatomen elektrisch neutraal zijn, is het voor het eerst dat de lading van een antiatoom zo nauwkeurig is gemeten.
In de toekomst zou elk waarneembaar verschil tussen materie en antimaterie kunnen helpen bij het oplossen van een van de grootste mysteries in de moderne fysica, waardoor een venster wordt geopend naar een nieuw rijk van wetenschap.
De paper is gepubliceerd in Nature Communications.
