Először vizsgálták az antianyag belsejét

Újabb nagy előrelépés történt az Univerzum egyik legnagyobb rejtélyének megfejtésében: lassan kiderül, miben különbözik az antianyag az anyagtól.

Az Univerzum egyik legnagyobb rejtélye, hogy hová tűnt belőle az antianyag. Ha ugyanis az ősrobbanás (Big Bang) modell helyes, akkor a kezdő pillanatban egyenlő mennyiségű anyagnak és antianyagnak kellett keletkeznie, amelyek aztán kölcsönösen - és teljesen - megsemmisítették volna egymást.

A valóságban azonban azt látjuk, hogy a Világegyetem anyagból épül fel. Mi lehet az oka, hogy megmaradt egy kevés anyag, az eredetinek körülbelül milliárdod része? A kutatók a választ a mesterségesen előállított antianyag vizsgálatától, az anyag és az antianyag összehasonlításától remélik, amelyben újabb nagy lépést jelentett be szerdán a CERN.

Egy 1993-ban megjelent cikkben állította először öt fizikus - köztük a magyar Horváth Dezső (MTA KFKI RMKI) -, hogy lehetséges antihidrogén-atomok előállítása és vizsgálata kísérleti körülmények között. Az előzetes kísérleti eredmények után ezért kezdték építeni a CERN-ben az Antiproton Lassító (AD) nevű berendezést.

Az Antiproton Lassító (AD) a CERN-ben. Az antianyag kutatásában több magyar fizikus is dolgozik

Az Antiproton Lassítóra épülő három kísérlet (ASACUSA, ATRAP és ATHENA) jelentős eredményeket ért el az elmúlt években, egyre nagyobb mennyiségű antianyag előállításával. A legutóbbi áttörések az ATHENA-ból közben ALPHA-ra változott nevű kísérlethez köthetők: 2010 végén először itt sikerült antihidrogén-atomokat csapdában tartani, majd fél évvel később már hosszú ideig (kb. 1000 másodpercig) tárolni.

Ez teremtette meg az antianyag hosszabb idejű, alaposabb vizsgálatának feltételeit. Ugyancsak az ALPHA kutatói jelentették be szerdán, hogy bizonyították: lehetséges az antihidrogén-atomok belső szerkezetének vizsgálata.

Egy hidrogénatom egy protonból és egy elektronból áll. A hidrogénatomot energia közlésével gerjeszteni lehet: ekkor az elektron magasabb energiaszintű pályára kerül. Amikor a gerjesztett állapotú hidrogénatom elektronja visszaugrik egy alacsonyabb energiájú állapotba, a két állapot közötti energiakülönbséget egy foton formájában kisugározza. Ennek a sugárzásnak régóta igen pontosan ismert a színképe (spektruma), és egyedül a hidrogénatomra jellemző. Az ALPHA kísérlet egyik alapvető célja, hogy megmérjék az antihidrogén-atomok spektrumát is, és a két spektrumot összehasonlítsák.

Ebben történt meg az első lépés, amelyről a kutatócsoport a Nature-ben számolt be. Mikrohullámú sugárzással elérték, hogy a csapdázott antihidrogén-atomok spinje (mágneses momentuma) megváltozzon. Ebben a pillanatban az antiatomok kiszabadultak a csapdából (mert a mágneses csapda csak egyféle spinű antiatomokat tud fogva tartani). Kiszabadulásuk után viszont azonnal meg is semmisültek, mert az edény falába ütköztek - ezt érzékelték a csapda körül elhelyezett detektorok.

A CERN kommentárja szerint az új eredmény nagy lépést jelent ahhoz, hogy pontosan összehasonlíthassák az anyag és antianyag atomjainak tulajdonságait. A következőkben ezeket a kísérleteket tervezik meg.