Doğal simetri: Avrupa Nükleer Merkezi, Dirac'ın anti-hidrojen atomları üzerindeki "kritik hatasını" tekrar ediyor
Pozitif yüklü bir proton artı negatif yüklü bir elektron olan hidrojen atomu, dünyadaki en basit atomdur. Modern fizikteki en karmaşık teorilerin çoğu, en basit yol denebilecek bu atomla kendini gösterir.
1947'de New York, Long Island'ın doğu kesimindeki Isle of Shelter'da tarihi bir akademik konferans düzenlendi. Konu kuantum mekaniği ve elektronik problemlerdi. Amerikalı fizikçi Willis Eugene Lamb, hidrojen atomu spektrumunun ince yapısında bir keşif bildirdi.
Dirac denklemine göre, hidrojen atomunun 2S (1/2) ve 2P (1/2) enerji seviyelerinin aynı olduğu ve bozulabileceği ortaya çıktı. Ancak Lamb ve meslektaşları, yeni mikrodalga teknolojisini kullandıktan sonra iki enerji seviyesinin gerçekte eşleşmediğini, ancak küçük bir enerji seviyesi farkı olduğunu keşfettiler.
Bu küçük boşluktan, kuantum elektrodinamiğine kadarki en doğru insanlık teorisi kabuğu kırdı. Bu enerji seviyesi farkına daha sonra "Kuzu Yer Değiştirme" adı verildi ve Lamb, bunun için 1955 Nobel Ödülü'nü kazandı.
Lamb, Dirac denklemini ve hidrojenin Lamb kaymasını tahtaya yazar
20 Şubat 2020 sabahının erken saatlerinde, en iyi akademik dergide ve İngiliz "Nature" dergisinde yayınlanan bir makale, Avrupa Nükleer Merkezi'nin (CERN) araştırma ekibinin, hidrojen atomunun antihidrojen atomunun antimaddesinde de mavi gözlemlediğini gösterdi. Hm yer değiştirme.
Ölçülen değer ile teori arasındaki uyum sadece% 11 olmasına rağmen, doğanın temel simetrisini göstermek için yeterlidir. Öte yandan, insanlığın şüphelerini de derinleştiriyor: Maddenin ve antimaddenin doğası çok simetrik olduğuna göre, evrene neden pozitif madde hakim?
Simetri ve asimetri
İlginç olan, Dirac denkleminden kuantum elektrodinamiğine evrimin, antimadde ile yakından ilişkili olmasıdır.
Dirac denklemi, kuantum mekaniğinin ve özel göreliliğin ilk birleşimidir.Atomların farklı enerji seviyelerini tanımlamak için niceleme kavramını kullanır.Bundan, insanlar hidrojen atomlarının ince enerji spektrumunu hesaplayabilir.
Dirac denklemi ayrıca ilk kez elektronlara eşdeğer ancak yük bakımından zıt olan pozitronların varlığını da öngördü. Tüm negatif enerji seviyeleri sayısız pozitif-negatif elektron çifti ile doludur ve dünyamız onun üzerinde yüzer: Bu Dirac Denizi kavramıdır.
Dirac denklemi Westminster Abbey'deki mezar taşına oyulmuştur.
Bununla birlikte, Lamb'in yer değiştirmesinin gösterdiği gibi, Dirac'ın teorisi kusurludur. Pozitronları gerçek parçacıklardan ziyade Dirac Denizi'ndeki delikler olarak görüyordu.
Ancak kuantum alan teorisinin vakum kavramını nicelleştirmesinden sonra, antimadde kavramı daha da mükemmelleştirilebilir. Mikroskobik dünyada, sayısız artı ve eksiler ince havadan doğar ve sonra anında buluşur ve yok olur ve sabit kuantum dalgalanmaları oluşturur.
Bununla birlikte, evrende pozitif ve anti-maddenin simetrik olarak üretilip yok edilmesine değil, bildiğimiz dünyayı şekillendirmek için daha fazla pozitif madde bırakmasına neden olan bilinmeyen bir karışıklık olabilir.
Kitlesel üretim araştırması antimadde
Şaşırtıcı olmayan bir şekilde, bu anti-hidrojen atomu Kuzu yer değiştirme deneyini gerçekleştiren, dünyanın en önemli yüksek enerji fiziği şehri olan Avrupa Nükleer Merkezi idi. Sonuçta, antimaddeyi incelemek için, önce antimaddeyi "seri üretme" yeteneğine sahip olmamız gerekir.
Anti-elektron kavramına benzer şekilde, anti-hidrojen atomları, negatif yüklü bir anti-proton ve pozitif yüklü bir pozitrondan oluşur.
Elektron ve pozitron
Bir vakum tüpünde üretilen "akan" parçacıkları ışık hızının onda birinden daha aza düşürmek ve ALPHA deney grubuna göndermek için antiproton indirgeyici adı verilen bir antiproton indirgeyici. Pozitronlar bir sodyum kaynağı tarafından sağlanır.
"Nature" dergisinde gazeteye eklenen "News and Views" makalesine göre, birkaç dakikada bir 90.000 antiproton ve 3 milyon pozitron, karmaşık yüklü parçacık tuzaklarında karıştırılarak yaklaşık 20 soğutulmuş antiproton üretiliyor. Bir hidrojen atomu. Süper iletken mıknatıstan yapılmış nötr parçacık tuzağında. En az 60 saat saklanabilirler.
Daha önce belirtildiği gibi, hidrojen atomlarının mikro yapısının insan keşfi süreci, atom teorisinin evrimini teşvik eden arıtmaya doğru ilerledi. 1880'lerde insanlık ilk olarak hidrojen atomlarının optik spektrumunu yüksek hassasiyetle ölçtü. Kuzu yer değiştirmesi radyo frekans spektrumu kullanılarak yapılır. Günümüzde, yüksek enerjili lazer spektroskopisi ana akım algılama aracı haline geldi.
ALPHA deney ekibi, antihidrojen atomlarını hapseden tuzağa lazer darbeleri enjekte ederek, antihidrojen atomlarının temel 1S durumundan 2P1 / 2 veya 2P3 / 2 enerji seviyesine uyarılmasına ve ardından 1S durumuna geri dönmesine neden oldu.
CERN, anti-hidrojen atomlarını tuzaklarla yakalar
Bu antihidrojen atomları daha sonra duvardaki normal atomlarla temas eder ve yüklü piyonlar üreterek yok olur. Numaraları lazer frekansı işlevini tanımlayabilir.
Son olarak, araştırmacılar 1S ve 2P (1/2), 1S ve 2P (3/2) arasındaki enerji seviyesi farkını hesaplamak için bu fonksiyonların tepe konumlarını kullandılar. Sonuçlar, sıradan hidrojen atomlarının Lamb kayması ile iyi bir uyum içindedir.
Olumlu ve olumsuz madde başka bir simetri katmış gibi görünüyor.
Öyleyse neden dünyada antimaddeden çok daha fazla madde var? Bu büyük asimetri nereden geliyor? Bu araştırma nihai bulmacayı çözmedi, ancak gerginliği derinleştirdi. Bununla birlikte, en azından sonraki problem çözücüler için kısıtlayıcı koşullar sağlar ve bazı yanlış yönlendirmeleri hariç tutar.
