Aarhus University Seal / Aarhus Universitets segl

ALPHA-samarbejdet på CERN rapporterer om de første målinger af bittesmå spaltninger i antistof

De første målinger er i overensstemmelse med forudsigelserne for "normalt" stof og baner vejen for fremtidige præcisionsstudier.

24.02.2020 | Ana Lopes

ALPHA-samarbejdet ved CERN har rapporteret om de første målinger af bestemte kvanteeffekter i energistrukturen i antibrint, brints antistof-modpart. Disse kvanteeffekter kender man fra almindeligt stof, og ved at studere effekterne kan man måske afsløre endnu uopdagede forskelle på, hvordan stof og antistof opfører sig. Resultaterne, som er beskrevet i en artikel i tidsskriftet Nature, viser, at målingerne er i overensstemmelse med teoretiske forudsigelser af effekterne i "normalt" brint, og resultaterne baner vejen for mere præcise målinger af disse og andre grundlæggende størrelser.

"Hvis man kan finde forskelle mellem disse to former for stof, vil det bryde fundamentalt med Standardmodellen for partikelfysik, og disse nye målinger udforsker aspekter ved antistofinteraktion, såsom Lamb-skiftet, som vi længe har set frem til at studere nærmere,"siger Jeffrey Hangst, talsmand for ALPHA-eksperimentet og fortsætter:

"Det næste på vores liste er at nedkøle store mængder af antibrint ved hjælp af avancerede laserkølingsteknikker, som er altafgørende for det igangværende arbejde. Teknikkerne vil revolutionere måden, vi studerer antistoffer på, og vil gøre det muligt at foretage hidtil uset præcise sammenligninger af stof og antistof."

ALPHA-teamet skaber antibrintatomer ved at binde antiprotoner leveret af CERNs antiproton decelerator med anti-elektroner, også kaldet "positroner". Derefter fanges antibrintatomerne i en magnetisk fælde i et ultrahøjt vakuum, hvilket forhindrer dem i at komme i kontakt med stof og annihilere. Ved at belyse de fangne atomer med laserlys kan man dernæst måle deres spektrale reaktioner. Teknikken kan bruges til at måle kendte kvanteeffekter, såsom finstrukturen og Lamb-skiftet, som svarer til bittesmå spaltninger i bestemte energiniveauer i atomet, og som i dette studie blev målt for første gang nogensinde. Teamet har tidligere brugt denne tilgang til at måle andre kvanteeffekter i antibrint, senest en måling af Lyman-α-overgangen.

Finstrukturen blev målt i et isoleret brintatom for mere end 100 år siden, og hermed blev grundlaget lagt for introduktionen af en grundlæggende konstant, der beskriver styrken af det elektromagnetiske samspil mellem ladede partikler. Lamb-skiftet blev opdaget i samme system for omkring 70 år siden og var et centralt element i udviklingen af kvanteelektrodynamikken, teorien om, hvordan stof og lys interagerer med hinanden.

Målingen af Lamb-skiftet, som gav Willis Lamb Nobelprisen i fysik i 1955, blev rapporteret i 1947 på den berømte Shelter Island-konference, som var den første betydningsfulde begivenhed efter krigen, hvor amerikanske fysikere kunne mødes.

Læs artiklen fra Nature her.

Faculty of Natural Sciences