Το πείραμα ALPHA παρατήρησε το φάσμα εκπομπής της αντιύλης για πρώτη φορά. ALPHA observes light spectrum of antimatter for first time

Oι εγκαταστάσεις του πειράματος ALPHA στο CERN. Measuring the antihydrogen spectrum with high-precision offers an extraordinary new tool to test whether matter behaves differently from antimatter and thus to further test the robustness of the Standard Model (Image: Maximilien Brice/CERN)

Το αντιυδρογόνο είναι το απλούστερο άτομο αντιύλης και συνίσταται από ένα αντι-πρωτόνιο και ένα αντι-ηλεκτρόνιο (ποζιτρόνιο). Το αντίστοιχο σωματίδιο ύλης είναι το άτομο του υδρογόνου – ένα πρωτόνιο και ένα ηλεκτρόνιο.

“Using a laser to observe a transition in antihydrogen and comparing it to hydrogen to see if they obey the same laws of physics has always been a key goal of antimatter research,” said Jeffrey Hangst, spokesperson of the ALPHA collaboration (Image: Maximilien Brice/ CERN)

Οι φυσικοί του πειράματος ALPHA στο CERN χρησιμοποιώντας λέιζερ υπεριώδους φωτός, διέγειραν τα άτομα αντι-υδρογόνου, που βρίσκονταν στη θεμελιώδη κατάστασή τους, προς την αμέσως επόμενη στάθμη ενέργειας και δεν βρήκαν καμία διαφορά σε σχέση με την αποδιέγερση των ατόμων του υδρογόνου. Η ενεργειακή μετάβαση στο αντιυδρογόνο συμφωνεί με αυτή του υδρογόνου με μια ακρίβεια 2 μέρη στα 10 δισεκατομμύρια σύμφωνα με τη δημοσίευση στο περιοδικό Νature (“Observation of the 1s-2s transition in trapped antihydrogen”).

Τα αρχικά CPT αναφέρονται: 

C: στην συζυγία φορτίου, τον μετασχηματισμό όπου ένα σωματίδιο αντικαθίσταται από το αντισωματίδιό του, P: στην ομοτιμία, η οποία συνδέεται με τον μετασχηματισμό αναστροφής του χώρου, και T: στη συμμετρία αναστροφής του χρόνου, όπου εναλλάσσονται οι χρονικές συντεταγμένες t και -t.

Oι ισχυρές και οι ηλεκτρομαγνητικές αλληλεπιδράσεις παραμένουν αναλλοίωτες κάτω από τους προαναφερθέντες μετασχηματισμούς C, P και T, ενώ οι ασθενείς αλληλεπιδράσεις παραβιάζουν μεμονωμένα και τις 3 αυτές συμμετρίες. Όμως, όταν οι μετασχηματισμοί C, P, Τ εφαρμόζονται μαζί, ως μετασχηματισμός CPT, τότε όλες οι αλληλεπιδράσεις – ασθενείς, ισχυρές και ηλεκτρομαγνητικές – παραμένουν αναλλοίωτες.

Artist’s impression of a cloud of trapped antihydrogen atoms. Image credit: Chukman So.

Αυτό είναι το θεώρημα CPΤ και διατυπώνεται απλούστερα ως εξής: ένα σύστημα παραμένει αμετάβλητο αν τα σωματίδια αντικατασταθούν από τα κατοπτρικά συμμετρικά αντισωματίδιά τους και αντιστραφεί η ροή του χρόνου. To «αναλλοίωτο CPT» μας εγγυάται ότι ένα σωματίδιο και το αντισωματίδιό του έχουν ίσες μάζες, ίσους χρόνους ζωής, ίδιο σπιν, αλλά αντίθετους προσθετικούς κβαντικούς αριθμούς όπως το ηλεκτρικό φορτίο, η z συνιστώσα του ισοσπίν, ο κβαντικός αριθμός της παραξενιάς κ.ά.

ALPHA is an antimatter experiment set up in late 2005. ALPHA makes, captures and studies atoms of antihydrogen and compares these with hydrogen atoms. ALPHA spokesperson, Jeffrey Hangst, explains the latest results. (Video: Jacques Herve Fichet/CERN)

Όλα τα πειράματα που έχουν γίνει μέχρι σήμερα δείχνουν ότι δεν παραβιάζεται η συμμετρία CPT.

Πηγή: ALPHA observes light spectrum of antimatter for first time