I fisici hanno effettuato le prime misurazioni accurate di come la luce interagisce con le particelle di antimateria e non hanno trovato differenze significative nel suo comportamento rispetto alla materia ordinaria, cosa che ancora una volta ha portato gli scienziati a chiedersi perché esiste l'universo. I loro risultati sono stati pubblicati sulla rivista Nature.
“Queste sono le prime misurazioni spettroscopiche reali delle proprietà dell'antimateria ottenute con i laser. L'altissima precisione delle nostre ultime misurazioni è stata un risultato importante per il nostro team. Sono 30 anni che cerchiamo di raggiungere questo traguardo e siamo finalmente riusciti a realizzare questo sogno , ha affermato Jeffrey Hangst, rappresentante ufficiale della collaborazione ALPHA.
Secondo gli scienziati oggi, nei primi istanti dopo il Big Bang, è apparsa una quantità uguale di materia e antimateria. Allo stesso tempo, il modello standard di fisica afferma che le proprietà delle particelle di antimateria rispecchiano le caratteristiche dei loro gemelli, ad eccezione della carica. In altre parole, le proprietà chimiche e fisiche degli atomi di antimateria e della materia devono essere identiche.
Poiché la materia e l'antimateria si annientano in caso di collisione, durante la nascita dell'Universo, le loro particelle dovevano distruggersi a vicenda, privando l'universo di tutte le riserve sia di materia che di antimateria. Pertanto, sorge la domanda: dove è "scomparsa" l'antimateria e perché esiste l'Universo.
Si ritiene che una delle ragioni dell '"asimmetria della materia" possa risiedere nell'esistenza di differenze piccole, ma piuttosto significative, nella struttura e nelle proprietà delle particelle di antimateria. Negli ultimi anni, i fisici hanno trovato diversi indizi che tali differenze, ad esempio, nelle masse di protoni e antiprotoni, esistono ancora, ma il loro esatto cambiamento è ostacolato dalla scarsa precisione degli strumenti e dalla scala microscopica di questa asimmetria.
Angst ei suoi colleghi hanno cercato per molti anni di trovare indizi di differenze nelle proprietà della materia e dell'antimateria utilizzando il dispositivo ALPHA-2, una trappola speciale per positroni e antiprotoni, costringendoli a combinare e formare singoli atomi di antimateria. A causa dell'isolamento assoluto, gli atomi di antimateria possono esistere in questa trappola per diversi giorni senza decadere o annichilirsi.
Il team di ALPHA ha cercato a lungo di misurare lo spettro degli atomi di antiidrogeno, il cui confronto con dati simili per l'idrogeno mostrerà se la luce interagisce allo stesso modo con due forme di materia e se ci sono anche le più piccole differenze nella massa delle loro particelle.
I primi risultati di questo tipo sono stati ottenuti sei anni e due anni fa, ma queste misurazioni non erano accurate in quanto non erano state effettuate direttamente, ma indirettamente, osservando le conseguenze della collisione di particelle di antimateria e materia. Gli scienziati sono stati costretti ad agire in questo modo a causa del fatto che c'erano troppo pochi atomi di antiidrogeno. Ciò ha impedito la ricerca di possibili tracce della "nuova fisica" e la soluzione del mistero della scomparsa dell'antimateria.
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Angst ei suoi colleghi sono stati in grado di risolvere questo problema modificando la struttura della trappola in modo tale da consentire loro di irradiare l'antiidrogeno con sette tipi di raggi laser contemporaneamente. Combinando le immagini ottenute durante tale "bombardamento", gli scienziati sono stati in grado di aumentare l'accuratezza delle misurazioni di 100 volte e ottenere un livello di errore non superiore a due parti per trilione. Questo è solo tre ordini di grandezza inferiore alla precisione ottenuta quando si "spara" l'idrogeno.
Come nelle ultime due volte, gli spettri di materia e antimateria hanno coinciso completamente, il che suggerisce che interagiscono con la luce nello stesso modo e, presumibilmente, hanno massa identica. Insieme ad altre misurazioni recenti di altre proprietà degli antiprotoni, questa scoperta fa sì che gli scienziati si chiedano sempre più dove "si nasconde" la differenza tra materia e antimateria.
Le prime risposte a queste domande, come sperano Angst e i suoi colleghi, saranno ricevute molto presto, quando ALPHA-2 sarà modernizzato ed espanso, il che aumenterà la precisione delle misurazioni dello spettro di diversi ordini di grandezza e si avvicinerà alla risoluzione del mistero dell'esistenza dell'Universo.
