Para saintis telah membuat pengukuran antimatter yang paling tepat lagi, dan hasilnya hanya memperdalam misteri mengapa kehidupan, alam semesta, dan segala sesuatu di dalamnya wujud.
Pengukuran baru menunjukkan bahawa, ke tahap ketepatan yang tinggi, antimatter dan perkara berperilaku identik.
Tetapi ukuran baru ini tidak dapat menjawab salah satu soalan terbesar dalam fizik: Mengapa, jika bahagian yang sama penting dan antimatter terbentuk semasa Big Bang, apakah alam semesta kita sekarang ini?
Alam semesta
Alam semesta kita didasarkan pada keseimbangan yang bertentangan. Bagi setiap jenis "normal" zarah, diperbuat daripada bahan, terdapat antipartikel conjugate jisim yang sama yang mempunyai caj elektrik bertentangan yang dihasilkan pada masa yang sama. Elektron telah menentang antielektrik, atau positron; proton mempunyai antiproton; dan sebagainya.
Walau bagaimanapun, apabila bahan zarah dan zat antimateri bertemu, mereka memusnahkan satu sama lain, meninggalkan tenaga yang terselindung. Pakar fizikal berpendapat bahawa terdapat jumlah bahan dan antimatter yang sama yang dibuat oleh Big Bang, dan masing-masing akan memastikan kemusnahan bersama, meninggalkan alam semesta bayi yang kehilangan blok bangunan hidup (atau apa-apa, sebenarnya). Namun di sini kita berada, di alam semesta yang hampir seluruh perkara.
Tetapi inilah kicker: Kami tidak tahu apa-apa antimatter kuno yang membuatnya keluar dari Big Bang. Jadi mengapa - jika antimatter dan perkara berperilaku dengan cara yang sama - adakah satu jenis perkara bertahan dalam Big Bang dan yang lain tidak?
Salah satu cara terbaik untuk menjawab soalan itu adalah untuk mengukur sifat-sifat asas perkara dan konjugasi antimatternya secepat mungkin dan membandingkan keputusan tersebut, kata Stefan Ulmer, seorang ahli fizik di Riken di Wako, Jepun, yang tidak terlibat dalam yang baru penyelidikan. Sekiranya ada penyelewengan sedikit antara sifat-sifat dan sifat-sifat antimatter yang berkorelasi, ini boleh menjadi petunjuk pertama untuk menyelesaikan fodika terbesar. (Pada tahun 2017, para saintis menemui sedikit perbezaan dalam cara bertindak rakan kongsi antimatter perkara, tetapi keputusannya tidak cukup kuat untuk dikira sebagai penemuan.)
Tetapi jika saintis mahu memanipulasi antimatter, mereka perlu membuatnya dengan susah payah. Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, sesetengah ahli fizik telah mempelajari antihidrogen atau rakan antimatter hidrogen, kerana hidrogen adalah "satu perkara yang kita faham paling baik di alam semesta," kata pengarang bersama Jeffrey Hangst, ahli fizik di Universiti Aarhus di Denmark, memberitahu Live Science . Pembuatan antihidrogen biasanya melibatkan pencampuran 90,000 antiproton dengan 3 juta positron untuk menghasilkan 50,000 antihidrogen atom, hanya 20 daripadanya ditangkap dengan magnet dalam tabung silinder 11 inci (28 centimeters) untuk kajian lanjut.
Sekarang, dalam satu kajian baru yang diterbitkan hari ini (4 April) dalam jurnal Nature, pasukan Hangst telah mencapai satu standard yang belum pernah berlaku: Mereka telah mengambil ukuran yang paling tepat antihidrogen - atau apa-apa jenis antimatter sama sekali - setakat ini. Dalam 15,000 atom antihydrogen (berfikir melakukan proses pencampuran yang disebutkan di atas kira-kira 750 kali), mereka mengkaji kekerapan cahaya yang mengeluarkan atom atau menyerap apabila mereka melompat dari keadaan tenaga yang lebih rendah ke yang lebih tinggi.
Pengukuran penyelidik menunjukkan bahawa paras tenaga antihidrogen 'tenaga, dan jumlah cahaya yang diserap, dipersetujui dengan rekan hidrogen mereka, dengan ketepatan 2 bahagian per trilion, secara mendadak meningkatkan ketepatan ukuran sebelumnya pada susunan bahagian per bilion.
"Sangat jarang sekali eksperimen yang berjaya meningkatkan ketepatan dengan faktor 100," Ulmer memberitahu Live Science. Dia berfikir bahawa, jika pasukan Hangst meneruskan kerja untuk tambahan 10 hingga 20 tahun, mereka akan dapat meningkatkan tahap ketepatan spektroskopi hidrogen mereka dengan faktor seterusnya sebanyak 1,000.
Bagi Hangst - jurucakap kolaborasi ALPHA di Organisasi Penyelidikan Nuklear Eropah (CERN), yang menghasilkan keputusan ini - pencapaian ini adalah dekad dalam pembuatan.
Perangkap dan memegang antimatter adalah satu prestasi besar, kata Hangst.
"Dua puluh tahun yang lalu, orang menganggap ini tidak akan berlaku," katanya. "Ia adalah daya tarikan eksperimen untuk dapat melakukan ini sama sekali."
Keputusan baru sangat mengagumkan, Michael Doser, seorang ahli fizik di CERN yang tidak terlibat dalam kerja tersebut, memberitahu Live Science dalam e-mel.
"Bilangan atom yang terperangkap untuk pengukuran ini (15,000) adalah peningkatan besar pada rekod sendiri hanya beberapa tahun yang lalu," kata Doser.
Jadi apa ukuran antimatter yang paling tepat memberitahu kita? Malangnya, tidak lebih daripada yang kita ketahui. Seperti yang dijangka, hidrogen dan antihidrogen - perkara dan antimatter - berkelakuan secara identik. Sekarang, kita hanya tahu bahawa mereka sama dengan ukuran bahagian per trilion. Walau bagaimanapun, Ulmer berkata pengukuran 2-bahagian-per-trilion tidak menolak kemungkinan bahawa sesuatu menyimpang antara kedua-dua jenis perkara pada tahap ketepatan yang lebih tinggi yang sejauh ini menantang pengukuran.
Bagi Hangst, dia kurang prihatin dengan menjawab persoalan mengapa alam semesta kita wujud seperti yang dilakukan tanpa antimatter - apa yang dia panggil "gajah di dalam bilik." Sebaliknya, dia dan kumpulannya ingin memberi tumpuan kepada membuat ukuran yang lebih tepat, dan meneroka bagaimana antimateri bertindak balas dengan graviti - adakah ia jatuh seperti perkara biasa, atau boleh jatuh?
Dan Hangst berpendapat bahawa misteri boleh diselesaikan sebelum akhir 2018, apabila CERN akan ditutup selama dua tahun untuk peningkatan. "Kami mempunyai helah lain di atas lengan kami," katanya. "Tunggu."
