Sebbene si tratti di dati preliminari, gli scienziati ritengono che misurazioni ripetute confermeranno le loro scoperte iniziali.
I fisici del progetto ALPHA, che ha sede al CERN, hanno presentato i primi dati sulle misurazioni della struttura fine dello spettro delle particelle di antimateria, da cui si possono trarre conclusioni sulla struttura dei suoi livelli di energia quantistica. In questo, si è rivelato simile alla materia ordinaria, scrivono gli scienziati in un articolo pubblicato dalla rivista scientifica Nature.
“La scoperta di qualsiasi discrepanza nelle proprietà della materia e dell'antimateria scuoterà letteralmente le fondamenta del Modello Standard. Queste misurazioni ci hanno aiutato a realizzare il nostro sogno di lunga data e a studiare alcuni aspetti dell'interazione dell'antimateria con lo spazio circostante, inclusa la misurazione dello spostamento dei suoi livelli energetici inferiori , ha affermato Jeffrey Hangst, rappresentante ufficiale del progetto ALPHA.
I cosmologi suggeriscono che nell'Universo nei primi momenti della sua vita, materia e antimateria fossero approssimativamente uguali. Tutte le proprietà chimiche e fisiche delle loro particelle, ad eccezione della carica, dovevano essere le stesse - a meno che, ovviamente, il Modello Standard non sia incompleto o errato (questa teoria descrive la maggior parte delle interazioni di tutte le particelle elementari note alla scienza ora).
Tuttavia, questo contraddice l'esistenza stessa della realtà, poiché tutte le particelle di materia e antimateria dovevano distruggersi a vicenda, scontrandosi e annichilendosi reciprocamente nei primi istanti dopo il Big Bang. Pertanto, gli scienziati hanno discusso per molti decenni e si chiedono perché non ci sia praticamente antimateria nell'Universo osservabile.
Molti fisici credono che la risposta a questo enigma risieda nelle minime differenze nelle proprietà, nel comportamento e nella struttura delle particelle di antimateria e materia. Gli scienziati hanno recentemente trovato molti indizi che tali discrepanze possano esistere, ad esempio, nelle masse di protoni e antiprotoni. Tuttavia, i fisici non hanno ancora confermato nessuno di loro.
Hangst ei suoi colleghi hanno cercato di trovarli per molti anni utilizzando lo strumento ALPHA-2, una speciale trappola magnetica per positroni e antiprotoni che li costringe a combinarsi e formare singoli atomi di antimateria. Le prime misurazioni di questo tipo, che gli scienziati hanno condotto nel 2012, 2016 e 2018, hanno dimostrato che non vi è alcuna differenza nel modo in cui la luce eccita gli elettroni e i positroni negli atomi di antimateria e materia.
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Segreti di antimateria
In una nuova serie di esperimenti, gli scienziati del CERN hanno misurato per la prima volta il cosiddetto Lamb shift per l'antimateria. Questo è ciò che gli scienziati chiamano piccole differenze nel punto in cui si trovano due livelli di energia specifici all'interno dell'atomo, 2s e 2p. Secondo la teoria, la loro posizione dovrebbe coincidere, ma in realtà non è così: risultano spostati l'uno rispetto all'altro.
L'esistenza di questo divario è dovuta al fatto che particelle di materia e antimateria interagiscono costantemente a livello quantistico con coppie di particelle virtuali e antiparticelle, che nascono continuamente e scompaiono nel vuoto del vuoto. Tracce di questo possono essere viste nella cosiddetta "struttura fine" dell'atomo, un insieme di bande strette nello spettro in cui sono suddivisi i livelli di energia teoricamente previsti.
Il progetto ALPHA ha prima studiato la struttura di questo insieme di linee facendo passare 90.000 atomi di antiidrogeno attraverso un potente campo magnetico, quindi irradiandoli con un laser ultravioletto e osservando come il loro spettro è cambiato di conseguenza. Gli scienziati hanno utilizzato questi dati per calcolare lo spostamento di Lamb dell'antimateria e confrontarlo con un parametro simile per l'idrogeno.
In generale, i valori ottenuti coincidevano con le misurazioni della materia ordinaria e con i risultati dei calcoli teorici, che tenevano conto degli effetti quantistici. Come sottolinea Hangst, questi dati sono ancora preliminari, ma già ora possiamo dire che le misurazioni della struttura costante non possono discostarsi dalle previsioni della teoria di oltre il 2% e lo spostamento di Lamb di oltre l'11%.
Nel prossimo futuro, i membri di ALPHA prevedono di effettuare misurazioni più accurate raffreddando gli atomi di antiidrogeno a temperature vicine allo zero assoluto. Queste osservazioni, sperano gli scienziati, confermeranno finalmente che i valori dello spostamento dell'Agnello per materia e antimateria sono gli stessi e che aiuteranno i fisici a misurare con precisione il raggio dell'antiprotone.
