CPT simetrisi testi tekrar geçti
1
1928'de fizikçiler Dirac Bir kombine yayınladı Kuantum mekaniği ile Özel görelilik Denklem. Denklemde Negatif enerji çözümü Daha önce düşünüldüğü kadar fiziksel değil, ama hiç gözlemlenmemiş yeni bir parçacık sınıfının varlığına işaret ediyor. Antimadde . Bu tahmin aşağıdaki gibidir Anderson 1932'de keşfedildi Pozitron (Elektronların antiparçacığı) doğrulandı. Fizikçiler antimadde üzerinde çalışıyor olsalar da, antimadde ile ilgili bir gizem henüz çözülmedi.
Yıldızlı gökyüzüne baktığınızda, hepsi maddeden oluşan gezegenler, yıldızlar ve galaksiler göreceksiniz. Yıldırım ve muzda çok az miktarda antimadde olmasına rağmen içinde yaşadığımız evrene madde hakimdir. Neden antimadde değil? Bu, modern fiziğin en büyük gizemlerinden biridir. Ama Büyük Patlama'dan sonra sözde CPT simetrisi Minör Kırık , O zaman bugün evrende neden bir antimadde eksikliği olduğunu açıklayabilir.
CPT simetrisi bize, fizik yasalarının, yük konjugasyonu (C), parite tersine çevirme (P) ve zamanın tersine çevrilmesinin (T) birleşik dönüşümü altında değişmeden kaldığını söyler:
Başka bir deyişle, antimadde dolu ve zamanda geriye dönük aynalı bir evrende, evrenimizle aynı fizik yasaları olacaktır.
CPT'yi test etmek için bazı fizikçiler madde ve antimadde arasındaki farkı aramaya başladı. Nedeniyle Bir hidrojen atomu Evrenin evriminde ve kuantum fiziğinin gelişim tarihimizde önemli bir rol oynar, bu yüzden fizikçiler onun antimaddesini dikkate alırlar Antihidrojen atomu Özellikle ilgileniyorum.
Nature'da yeni yayınlanan bir makalede, ALPHA ekibi antihidrojen atomlarının yüksek hassasiyetli spektroskopik ölçümlerini bildirdi. Parçacık fiziğine göre Standart Model , Hidrojen atomu ve antihidrojen atomu aynı enerji seviyesine ve spektral çizgiye sahip olmalıdır. Bu seferki yeni sonuçlar, antihidrojen atomlarının enerji seviyeleri arasındaki enerji farkının, daha önce sıradan hidrojen atomları üzerinde ölçülenlerle çok iyi uyuştuğunu ve bunun potansiyel CPT ihlalleri için güçlü bir sınır belirlediğini gösteriyor.
Antihidrojen atomu bir antiproton ve bir pozitrondan oluşur.
2
Hidrojen, evrendeki en basit ve en bol atomdur ve fizikçiler onun özelliklerini çok doğru bir şekilde hesaplayabilirler. 1880'lerin başlarında, hidrojen spektrumu doğru bir şekilde ölçülmüştü, ancak geçen yüzyılın 10'larına kadar nicel olarak açıklanmamıştı.
1947'de Shelter Adası'nda kuantum mekaniğine dayalı bir konferansta fizikçiler Kuzu Hidrojen atomlarının ince yapısında beklenmedik bir özellik rapor edildi: 2S1 / 2 ve 2P1 / 2 durumlarının bölünmesi, yani Kuzu kayması :
Bu keşif diğer fizikçilere ilham verdi ve Kuantum elektrodinamiği ( QED )geliştirilmesi. QED, parçacıklar ve ışık arasındaki etkileşimi tanımlamak için kullanılan bir teoridir.
Kuzu kayması hem hidrojen atomlarında hem de antihidrojen atomlarında mevcuttur. Elektronlardan ve vakumdan yapılmıştır Kuantum dalgalanmaları Etkileşimle üretilir. Bununla birlikte, boyutu proton veya antiproton gibi bazı faktörlerden hafifçe etkilenecektir. Şarj yarıçapı (Yük dağılımının uzamsal boyutu) vb.
3
ALPHA deneyi. | Resim referans kaynağı: MAXIMILIEN BRICE, JULIEN ORDAN / CERN
ALPHA deneyi CERN (CERN). Laboratuvarda 182 metrelik bir çevre var Anti-proton düşürücü , Işık hızına yakın cihaza giren antiprotonlar yavaşlayacak ve ardından ALPHA deneyine gönderilecek, pozitronlar radyoaktif bir sodyum kaynağından gelecek.
Çok düşük sıcaklıklarda (mutlak sıfıra yakın), her 4 dakikada bir 90.000 antiproton ve 3 milyon pozitron karıştırılır Bu işlem, daha sonra sınırlandırılan yaklaşık 20 antihidrojen atomu üretir. Manyetik tuzakta. Normal koşullar altında, bu anti-hidrojen atomları en az 60 saat saklanabilir, bu da tekrarlanan üretim işleminin birkaç saat içinde yüzlerce anti-hidrojen atomu elde etmesine izin verir.
ALPHA'nın araştırma amacı, antihidrojen atomlarının 1S1 / 2 ve 2P1 / 2 ve 2PS3 / 2 arasındaki enerji farkını ölçmektir:
Anti-hidrojen atomunun en düşük enerjili hali. | Resim referans kaynağı: Doğa
ALPHA ekibi, atomların temel durumdan 1S1 / 2'den 2P1 / 2 veya 2PS3 / 2'ye geçişine neden olacak olan antihidrojen atom tuzağına kısa lazer darbeleri enjekte etmek için lazer spektroskopi adı verilen bir yöntem kullandı. Atomlar 1S1 / 2 durumuna döndükçe, bazı belirli atomlar artık manyetik tuzakta hapsolmazlar, tuzak duvarındaki sıradan atomlarla çarpışacak ve yok olacaklardır.
Araştırmacılar, yok etme sayısı ile lazer frekansı arasındaki ilişkiyi çizdiler. Araştırmacılar, grafikteki iki tepenin konumlarını belirleyerek, antihidrojen atomunun 1S1 / 2-2P1 / 2 ve 1S1 / 2-2P3 / 2 arasındaki enerji farkını çıkarabilirler. Bu sonuçları kullanarak araştırmacılar antihidrojeni tahmin edebilirler. İnce yapı bölünmüş (2P1 / 2-2P3 / 2 enerji farkı).
Daha sonra araştırmacılar, 2018 ALPHA deneyinde 1S1 / 2 ve 2S1 / 2 arasındaki enerji farkının ölçümü ile bu ölçümü birleştirdiler ve Lamb kayması (2S1 / 2-2P1 / 2) sonucunu çıkardılar. Tüm sonuçların sıradan hidrojen atomlarındaki ölçümlerle tutarlı olduğunu buldular.
Araştırmacılar, bu ölçümde madde ve antimadde arasındaki davranışta herhangi bir fark bulamamış olsalar da, bu çalışma gelecekte bazı temel niceliklerin daha yüksek hassasiyetli ölçümlerinin yolunu açıyor. Örneğin, Kuzu kaymasının belirsizliği on binde birden daha aza indirilebiliyorsa, antiprotonun yük yarıçapı belirlenebilir.
Genişletilmiş okuma: "Uzay-Zaman Yapısının Temel Taşı"
Referans kaynağı:
https://www.nature.com/articles/d41586-020-00384-y#ref-CR11
https://www.nature.com/articles/s41586-018-0017-2
https://www.nature.com/articles/s41586-020-2006-5
https://home.cern/news/news/physics/alpha-collaboration-cern-reports-first-measurements-certain-quantum-effects
