Eine Illustration eines Antiwasserstoffatoms in der Falle. (Chukman So/TRIUMF) In einem Spiegeluniversum, in dem die Zeit rückwärts läuft und Materie vertauscht Antimaterie sollte uns einfach den Kreis schließen und die Realität reproduzieren, mit der wir alle vertraut sind. Unser Universum und das bizarre Antimaterie-Spiegelversum würden identisch aussehen.
Aber was wäre, wenn nicht? So unwahrscheinlich dies in der heutigen Physik auch sein mag, die Möglichkeit könnte den Forschern eine völlig neue Landschaft eröffnen, die es zu erforschen gilt, sodass es sich lohnt, dieser Frage nachzugehen.
Leider ist Antimaterie nicht so einfach zu untersuchen. Es ist mühsam, es herzustellen, es neigt dazu, in einem Gammastrahlenstoß zu verschwinden, wenn es auf gewöhnliche Materie trifft, und selbst wenn man genug für die Untersuchung sammelt, rast es mit halsbrecherischer Geschwindigkeit umher.
Für einige Studien , das ist nicht unbedingt ein großes Problem. Aber wenn man beispielsweise die sanfte Anziehungskraft der Schwerkraft auf seine winzigen Teilchen messen möchte, sollte es wirklich so ruhig wie möglich sitzen.
Der ALPHA-Experiment bei der Europäischen Organisation für Kernforschung ( CERN ) hat habe an einer Möglichkeit gearbeitet seit einigen Jahren durch den geschickten Einsatz sorgfältig abgestimmter Laser die Bremse für Antimaterieteilchen zu betätigen.
Diese Experimente haben endlich Früchte getragen und es gelang ihnen, Antiwasserstoffteilchen (das Antimaterie-Gegenstück zu Wasserstoff, dem leichtesten aller Elemente) von der Geschwindigkeit eines Formel-1-Rennwagens auf die Geschwindigkeit eines Autos zu verlangsamen, das eine Vorstadtstraße entlangfährt.
Wir haben es bereits geschafft zu bringen gewöhnliche Materie praktisch zum Stillstand bringt durch das Mischen und Anpassen verschiedener Methoden, die Energie aus ihrer unmittelbaren Umgebung leiten. Die Verlangsamung der Antimaterie ist eine größere Herausforderung und erfordert Methoden, bei denen sie nicht mit Materieteilchen zusammenstößt, da dies dazu führen würde, dass sie sofort in einen Strahlungsblitz zerfällt.
Die Entschleunigertechnologie hat es bereits geschafft, langsamer zu werden Ganze Antimaterieatome haben sich in den letzten Jahrzehnten von nahezu Lichtgeschwindigkeit zu etwas Beherrschbarerem entwickelt. Es reicht aus, den Physikern dies zu erlauben Führen Sie zumindest einige Tests durch , wie zum Beispiel das Zerlegen des Spektrums von Antiwasserstoff.
Bisherige Ergebnisse dieser Studien haben gezeigt, dass Wasserstoff und Antiwasserstoff bis auf ihre umgekehrten Ladungen mehr oder weniger identisch sind. Was wirklich etwas enttäuschend ist – jeder Unterschied könnte uns Aufschluss darüber geben, warum eine Form der Materie gegenüber der anderen überdauert hat um das Universum zu erschaffen Wir alle haben es kennen und lieben gelernt.
Dennoch besteht eine entfernte Chance, dass die Schwerkraft trotz gleicher Massen das eine etwas mehr liebt als das andere. Oder vielleicht hat eine andere Kraft einen subtilen Einfluss auf Antimaterie auf eine Weise, von der wir noch keine Ahnung haben.
Um diese Dinge richtig messen zu können, müssen wir die Antimaterie noch weiter verlangsamen: Der ALPHA-Prozess verlangsamt die Anti-Atome, indem er sie mit Photonen so beschießt, dass sie nicht gleichzeitig unbeabsichtigt aufgewirbelt werden.
Genau wie gewöhnliche Wasserstoffatome können Antiwasserstoffatome Photonen absorbieren und streuen, um Impuls zu verlieren oder zu gewinnen. Dieser Effekt tritt nur auf, wenn das Licht die richtige Frequenz hat. Zu hoch oder zu niedrig, die Lichtwellen werden direkt vorbeiziehen.
Die Forscher stimmten die Laser genau richtig ab, um die Geschwindigkeit des Antiwasserstoffs zu berücksichtigen, der auf die Quelle zuströmt, und stellten sicher, dass die Photonen beim Aufeinandertreffen die perfekte Frequenz haben. Nach etwa einem Dutzend Kollisionen kann ein Teilchen, das sich mit etwa 300 Kilometern pro Stunde bewegt, auf unter 50 Kilometer pro Stunde abgebremst werden.
Umgekehrt sind Partikel, die vom Laser wegfliegen, für ihre relative Frequenz unsichtbar, wodurch ein beschleunigender Tritt in den Hintern vermieden wird.
„Mit dieser Technik können wir seit langem bestehende Rätsel lösen wie: ‚Wie reagiert Antimaterie auf die Schwerkraft?‘ Kann Antimaterie uns helfen, Symmetrien in der Physik zu verstehen?'' sagt Takamasa Momose, Physiker von der University of British Columbia und Mitglied des kanadischen ALPHA-Teams.
„Diese Antworten könnten unser Verständnis unseres Universums grundlegend verändern.“
Wir müssen noch etwas warten, bis wir die Ergebnisse solcher Experimente sehen, und uns auf die Möglichkeit einstellen, dass selbst bei einem gemütlichen Spaziergang die Geheimnisse der Antimaterie schwer zu erkennen sein werden.
Aber vielleicht, nur vielleicht, bekommen wir auf diese Weise einen Einblick in dieses gespiegelte, zeitgedrehte Anti-Universum, das weitaus fremder aussieht, als es unsere besten Theorien derzeit vermuten lassen.
Diese Forschung wurde veröffentlicht in Natur .