Forskare vid Fysikum och ALPHA-samarbetet på Cern har för första gången lyckats mäta 1s-2s övergången i antiväte. Detta har sedan ungefär 20 år varit ett av huvudmålen för forskningen vid CERNs antiproton decelerator (AD). Svante Jonsell vid Fysikum är en av forskarna bakom resultaten som idag publiceras i den vetenskapliga tidskriften Nature.
I en artikel i Nature, som publiceras idag, presenterar ALPHA-experimentet på Cern, där jag fungerar som en av flera “husteoretiker”, för första gången mätningar av 1s-2s övergången i antiväte. Detta har sedan ungefär 20 år varit ett av huvudmålen för forskningen vid CERNs antiproton decelerator (AD). Nästa steg blir att i detalj undersöka om energin skiljer sig något från samma övergång i vanligt väte, för att på så vis söka efter asymmetrier mellan materia och antimateria. I vanligt väte har 1s-2s övergången mätts upp med 15 siffrors noggrannhet, så en jämförelse med antiväte skulle kunna ge ett test av materie-antimaterie symmetrin med väldigt stor noggrannhet.
För fem år sedan lyckades vi för första gången fånga in atomer av antimateria och hålla fast dem i en magnetfälla (i upp till 15 minuter). Detta är inte helt lätt eftersom antiatomerna måste ha en energi mindre än motsvarande 0,5 Kelvin för att hållas kvar i fällan. Annars flyr antiatomerna och förintas strax i kollisioner med vanlig materia.
För att nå de nya resultaten har en helt ny apparat med tillhörande lasersystem byggts. Med den nya apparaten har antalet infångade antiväteatomer ökat ungefär tiofallt, vilket har varit en förutsättning för mätningen. Dessutom har mycket arbete lagts ner på att bygga upp en laserkavitet som kan hålla en tillräckligt stor ljuseffekt för att excitera övergången.
Enligt standardmodellen för partikelfysik ska materien och antimaterien vara helt symmetriska, förutom att antipartiklar har motsatt laddning. En konsekvens av detta är att lika mycket av varje måste ha skapats vid Big Bang. Av symmetriskäl ska då exempelvis väte och antiväte ha exakt samma energinivåer, så om en liten skillnad kan hittas skulle det slå ett stort hål i teorierna, och kanske leda till en förklaring till vart all antimateria har tagit vägen.
Vi är mycket stolta och glada över framstegen. Men vi vilar inte på lagrarna. Nu år vägen öppen för att mäta med allt större noggrannhet. Drömmen är givetvis att en dag hitta en asymmetri mellan materia och antimateria, vilket vore minst sagt en sensation. Tills dess återstår det dock mycket jobb.
– Svante Jonsell (jonsell@fysik.su.se)
Länk till artikeln i Nature: Observation of the 1S–2S transition in trapped antihydrogen