Пузырьковый, хриплый вакуум заполняет квантовое пространство, искажая форму каждого атома водорода во вселенной. И теперь мы знаем, что это также искажает двойную причудливую двойную антивещество водорода: антиводород.
Антивещество - это непонятная субстанция, редкая в нашей вселенной, которая почти идеально имитирует материю, но все свойства отражены. Например, электроны - это крошечные частицы материи, которые несут отрицательный заряд. Их близнецы-антивещества - крошечные «позитроны», которые несут положительный заряд. Объедините электрон и протон (большую, положительно заряженную частицу вещества), и вы получите простой атом водорода. Объедините позитрон антиматерии с «антипротоном», и вы получите антиводород. При постоянном контакте вещества и антивещества частицы вещества и антивещества уничтожают друг друга.
В настоящее время антивещество представляется идеальным антагонистическим двойником материи, и одна из великих загадок физики заключается в том, почему материя стала доминировать в космосе, когда антивещество стало незначительным игроком во вселенной. Обнаружение некоторой разницы между этими двумя понятиями может помочь объяснить структуру современной вселенной.
По словам Макото Фудзивары, канадского физика элементарных частиц, связанного с CERN и соавтора нового исследования, опубликованного 19 февраля в журнале Nature, «сдвиг Агнца» был хорошим местом для поиска такого рода различий. Квантовые физики знают об этом странном квантовом эффекте, названном в честь физика Аризонского университета Уиллиса Лэмба с 1947 года. На первой крупной послевоенной конференции американских физиков Лэмб показал, что что-то невидимое внутри атомов водорода давит на их внутренние частицы, создавая большую пропасть между протоном и орбитальным электроном, чем позволила существующая ядерная теория.
«Грубо говоря, смещение Агнца - это физическое проявление эффекта« вакуума », - сказал Фудзивара в интервью Live Science. «Когда вы обычно думаете о вакууме, вы думаете о« ничто ». Однако, согласно теории квантовой физики, вакуум заполнен так называемыми «виртуальными частицами», которые постоянно рождаются и разрушаются ».
Это сверхъестественное пузырение коротких, полу-реальных частиц оказывает реальное воздействие на окружающую вселенную. А внутри атомов водорода это создает давление, которое разделяет две связанные частицы. Неожиданное открытие выиграло у Лэмба Нобелевскую премию по физике 1955 года.
Но хотя физики десятилетиями знали, что сдвиг Лэмба изменил водород, они не знали, повлиял ли он также на антиводород.
Фудзивара и его соавторы хотели это выяснить.
«Общая цель наших исследований - выяснить, есть ли какая-либо разница между водородом и антиводородом, и мы заранее не знаем, где такая разница может проявиться», - сказал Фудзивара в интервью Live Science.
Чтобы изучить вопрос, исследователи тщательно собрали образцы антиводорода с помощью эксперимента по антивеществу Антиводородного лазерного физического прибора (ALPHA) в Европейской организации ядерных исследований (CERN), гигантской лаборатории ядерной физики континента. По словам Фудзивары, ALPHA требуется несколько часов, чтобы создать образец антиводорода, достаточно большой для работы.
Он подвешивает вещество в магнитных полях, которые отталкивают вещество. Затем исследователи ALPHA ударили захваченный антиводород лазерным светом, чтобы изучить, как антивещество взаимодействует с фотонами, что может выявить скрытые свойства маленьких антиатомов.
Повторяя свой эксперимент дюжину раз на разных образцах антиводорода в разных условиях, исследователи ALPHA не обнаружили различий между сдвигом Лэмба в водороде и сдвигом Лэмба в антиводороде, который могли обнаружить их приборы.
«В настоящее время нет никакой известной разницы между фундаментальными свойствами антиводорода и обычного водорода», - сказал Фудзивара. «Если мы обнаружим какую-либо разницу, даже самую малую, это приведет к радикальным изменениям в нашем понимании нашей физической вселенной».
Хотя исследователи пока не обнаружили различий, физика антиводорода все еще остается молодой областью. Физики даже не имели легко изучаемых образцов вещества до 2002 года, а ALPHA не начинала регулярно отлавливать образцы водорода до 2011 года.
Это открытие - «первый шаг», сказал Фудзивара, но предстоит еще многое изучить, прежде чем физики действительно поймут, как сравниваются водород и антиводород.
