Suatu vakum yang menggelegak, menguak ruang kuantum, menyimpang bentuk setiap atom hidrogen di alam semesta. Dan sekarang kita tahu bahawa ia juga mengganggu kembar antimateri dunia hidrogen: antihidrogen.
Antimatter adalah bahan yang sedikit difahami, yang jarang berlaku di alam semesta kita, yang meniru hampir dengan sempurna, tetapi dengan semua sifat yang dibalikkan. Sebagai contoh, elektron adalah zarah perkara kecil yang membawa caj negatif. Kembar antimatter mereka adalah "positron" kecil yang membawa tuduhan positif. Kombinasikan elektron dan proton (zarah benda yang lebih besar, positif), dan anda mendapatkan atom hidrogen yang mudah. Campurkan antimatter positron dengan "antiproton" dan dapatkan antihidrogen. Apabila bahan biasa dan sentuhan antimatter, zarah dan zat antimatter memusnahkan satu sama lain.
Pada masa ini, antimatter nampaknya merupakan kembar yang sempurna, bersifat antagonistik, dan salah satu misteri fizik yang hebat adalah mengapa masalah datang untuk menguasai ruang sebagai antimatter menjadi pemain yang sedikit di alam semesta. Menemukan beberapa perbezaan diantara keduanya dapat membantu menjelaskan struktur alam semesta moden.
Peralihan Lamb adalah tempat yang baik untuk mencari perbezaan semacam itu, kata Makoto Fujiwara, ahli fizik zarah Kanada yang berafiliasi dengan CERN dan pengarang penyelidikan baru, yang diterbitkan pada 19 Februari di jurnal Nature. Fizik kuantum telah mengetahui tentang kesan kuantum yang aneh ini, dinamakan fizik Universiti Arizona Arizona, Willis Lamb, sejak 1947. Pada persidangan utama pertama ahli fizik Amerika, Lamb mendedahkan bahawa sesuatu yang tidak kelihatan di dalam atom hidrogen mendorong zarah dalaman mereka, mewujudkan jurang yang lebih besar antara proton dan elektron yang mengorbit daripada teori nuklear sedia ada yang dibenarkan.
"Secara kasar, pergeseran Lamb adalah manifestasi fizikal kesan 'vakum,'" Fujiwara memberitahu Live Science. "Apabila anda biasanya berfikir tentang vakum, anda memikirkan 'apa-apa.' Walau bagaimanapun, menurut teori fizik kuantum, vakum dipenuhi dengan apa yang dipanggil 'zarah maya', yang sentiasa dilahirkan dan dimusnahkan. "
Bahagia yang menggegarkan zarah-zarah yang singkat dan nyata itu mempunyai kesan yang nyata terhadap alam sekitar di sekelilingnya. Dan di dalam atom hidrogen ia menghasilkan tekanan yang memisahkan kedua-dua zarah yang dikaitkan. Penemuan yang tidak dijangka memenangi Lamb 1955 Hadiah Nobel dalam fizik.
Tetapi sementara ahli fizik telah diketahui selama beberapa dekad bahawa pergeseran Lamb berubah hidrogen, mereka tidak tahu sama ada ia juga mempengaruhi antihidrogen.
Fujiwara dan rakan-rakannya ingin mengetahui.
"Matlamat keseluruhan kajian kami adalah untuk mengetahui sama ada terdapat perbezaan antara hidrogen dan antihidrogen, dan kami tidak tahu terlebih dahulu di mana perbezaan tersebut mungkin muncul," Fujiwara memberitahu Live Science.
Untuk mengkaji soalan itu, para penyelidik dengan teliti mengutip sampel antihidrogen menggunakan eksperimen antimatter Fisika Antihydrogen Laser (ALPHA) di Organisasi Penyelidikan Nuklear Eropah (CERN), makmal fizik nuklear raksasa benua. ALPHA mengambil masa beberapa jam untuk menghasilkan sampel antihidrogen yang cukup besar untuk digunakan, kata Fujiwara.
Ia menangguhkan bahan dalam medan magnet yang menangkis perkara. Para penyelidik ALPHA kemudian memukul antihydrogen yang terperangkap dengan cahaya laser untuk mengkaji bagaimana antimatter berinteraksi dengan foton, yang boleh mendedahkan sifat tersembunyi daripada atom anti-kecil.
Mengulangi percubaan mereka beberapa kali pada sampel antihidrogen yang berlainan dalam keadaan yang berbeza, para penyelidik ALPHA tidak menemukan perbezaan antara pergeseran Lamb di hidrogen dan pergeseran Lamb dalam antihidrogen yang instrumen mereka dapat mengesan.
"Pada masa ini, tidak terdapat perbezaan antara sifat asas antihidrogen dan hidrogen biasa," kata Fujiwara. "Jika kita mendapati perbezaan, walaupun jumlah terkecil, ia akan memaksa perubahan radikal dalam cara kita memahami alam semesta fizikal kita."
Walaupun penyelidik tidak menemui apa-apa perbezaan lagi, fizik antihidrogen masih menjadi bidang muda. Pakar fizikal tidak mempunyai contoh bahan yang mudah dipelajari sehingga tahun 2002, dan ALPHA tidak memulakan perangkap hidrogen secara rutin sehingga 2011.
Penemuan ini adalah "langkah pertama," kata Fujiwara, tetapi masih banyak lagi yang perlu diteliti sebelum fizik akan benar-benar memahami bagaimana perbandingan hidrogen dan antihidrogen.
