Den beste vitenskapen - spørsmålene som fanger og tvinger ethvert menneske - er omsluttet av mystikk. Hvis dette hadde vært tilfelle, ville de to typer partikler ha ødelagt hverandre og etterlatt et univers gjennomsyret av energi.
Som vår tilværelse vitner, skjedde ikke det. Faktisk ser det ut til at naturen har en andel på 10 milliarder preferanser for materie fremfor antimaterie. Det er et av de største mysteriene i moderne fysikk.
Men Large Hadron Collider jobber hardt, bokstavelig talt presser saken til det ytterste, for å løse dette fengslende mysteriet. Denne uken opprettet CERN en stråle med antihydrogenatomer, slik at forskere kunne ta presise målinger av dette unnvikende antimateriet for første gang.
Antipartikler er identiske med stoffpartikler bortsett fra tegnet på deres elektriske ladning. Så mens hydrogen består av et positivt ladet proton som går i bane av et negativt ladet elektron, består antihydrogen av et negativt ladet antiproton som går i bane av et positivt ladet anti-elektron, eller et positron
Mens primordial antimatter aldri har blitt observert i universet, er det mulig å lage antihydrogen i en partikkelakselerator ved å blande positroner og antiprotoner med lav energi.
I 2010 fanget og holdt ALPHA-teamet atomer med antihydrogen for første gang. Nå har teamet opprettet en stråle med antihydrogenpartikler. I et papir som ble publisert denne uken i Nature Communications, rapporterer ALPHA-teamet om påvisning av 80 antihydrogenatomer 2,7 meter nedstrøms fra deres produksjon.
"Dette er første gang vi har kunnet studere antihydrogen med litt presisjon," sa talsmann for ALPHA, Jeffrey Hangst, i en pressemelding. "Vi er optimistiske over at ALPHAs fangstteknikk vil gi mange slike innsikter i fremtiden."
En av de viktigste utfordringene er å holde antihydrogen borte fra vanlig materie, slik at de to ikke ødelegger hverandre. For å gjøre det bruker de fleste eksperimenter magnetiske felt for å fange antihydrogenatomer lenge nok til å studere dem.
De sterke magnetfeltene forringer imidlertid de spektroskopiske egenskapene til antihydrogenatomene, så ALPHA-teamet måtte utvikle et innovativt oppsett for å overføre antihydrogenatomer til et område der de kunne studeres, langt fra det sterke magnetfeltet.
For å måle ladningen av antihydrogen, studerte ALPHA-teamet bane for antihydrogenatomer frigjort fra fellen i nærvær av et elektrisk felt. Hvis antihydrogenatomene hadde en elektrisk ladning, ville feltet avlede dem, mens nøytrale atomer ville være avbøyd.
Resultatet, basert på 386 registrerte hendelser, gir en verdi av den elektriske antihydrogenladningen ved -1,3 x 10-8. Med andre ord er ladningen kompatibel med null til åtte desimaler. Selv om dette resultatet ikke er noen overraskelse, siden hydrogenatomer er elektrisk nøytrale, er det første gang at ladningen til et antatom er målt til så høy presisjon.
I fremtiden kan enhver påvisbar forskjell mellom materie og antimateriell bidra til å løse et av de største mysteriene i moderne fysikk, ved å åpne et vindu til et nytt vitenskapelig område.
Oppgaven er publisert i Nature Communications.
