Experiment v CERNe vyrobil prvý zväzok antivodíkových atómov pre štúdium hyperjemnej štruktúry

Ženeva, 21. januára 2014

ASACUSA experiment v CERNe dokázal prvýkrát vyrobiť zväzok antivodíkových atómov. V článku, ktorý bol publikovaný dnes v Nature  Communications, kolaborácia  ASACUSA podáva správu o  jednoznačnej detekcii 80 antivodíkových atómov 2.7 metra od miesta ich produkcie, kde je už rušivý vplyv magnetických polí pôvodne použitých na výrobu antiatómov malý. Tento výsledok je významným krokom k presnej hyperjemnej spektroskopii antivodíkových atómov.

Primordiálna antihmota nebola vo vesmíre doposiaľ nikdy pozorovaná a jej neprítomnosť zostáva veľkou záhadou. Každopádne je možné vyrobiť významné množstvá antivodíka v experimentoch v CERNe zmiešavaním antielektrónov (pozitrónov) s nízkoenergetickými antiprotónmi vyrobenými na Antiprotónovom spomaľovači.

 Spektrá vodíka a antivodíka sú podľa predpovedí identické, takže akýkoľvek malý rozdiel medzi nimi by okamžite otvoril okno do novej fyziky a mohol by pomôcť vysvetliť záhadu antihmoty.  Vodík, ktorý má jediný protón sprevádzaný jediným elektrónom, je najjednoduchší zo všetkých atómov a jeden z najpresnejšie preskúmaných a najlepšie pochopených systémov v modernej fyzike. Preto porovnania vodíkových a antivodíkových atómov predstavujú jeden z najlepších spôsobov na robenie vysoko presných testov symetrie medzi hmotou a antihmotou.

 Hmota a antihmota pri vzájomnom strete okamžite anihilujú, takže okrem vytvorenia antivodíka je jednou z kľúčových výziev pre fyzikov udržať antiatómy v dostatočnej vzdialenosti od obyčajnej hmoty. Za týmto účelom využívajú experimenty magnetické vlastnosti antivodíka (tie sú podobné vodíkovým) a využívajú veľmi silné nehomogénne magnetické polia na zachytenie antiatómov v pasci na dostatočne dlhú dobu, aby ich mohli študovať. Avšak silné gradienty magnetického poľa zhoršujú spektroskopické vlastnosti antiatómov. Aby umožnili spektroskopiu s vysokým rozlíšením, ASACUSA kolaborácia vyvinula zariadenie na prenos antivodíkových atómov na miesto, kde môžu byť študované počas letu, ďaleko od silného magnetického poľa.

“Pretože antivodíkové atómy nemajú elektrický náboj, bolo veľmi ťažké ich transportovať z pasce, v ktorej boli zachytené. Naše výsledky sú veľmi sľubné pre vysokopresné štúdie antivodíkových atómov, osobitne hyperjemnej štruktúry, čo je jedna z dvoch najlepšie poznaných spektroskopických vlastností vodíka.  Jej meranie v antivodíku umožní najcitlivejší test asymetrie medzi hmotou a antihmotou. Tešíme sa, že v lete sa znovu rozbehneme s dokonalejším zariadením,” povedal Yasunori Yamazaki z RIKEN, Japansko, vedúci ASACUSA kolaborácie. Ďalším krokom pre  ASACUSA experiment bude optimalizácia intenzity a kinetickej energie antivodíkových zväzkov a lepšie pochopenie ich kvantového stavu.

Antihmotové experimenty v CERNe naberajú v posledných rokoch na obrátkach. V r. 2011 ALPHA experiment oznámil zachytenie antivodíkových atómov na dobu 1000 sekúnd a v r. 2012 oznámil  pozorovanie hyperjemných prechodov v zachytených atómoch. V r. 2013 oznámil ATRAP experiment prvé priame meranie antiprotónového magnetického momentu s presnosťou 4.4 časti z milióna.

Späť