Antivety

CERN:in lehdistötiedotteessa ilmoitettiin tänään, että antiprotoneista ja antielektroneista (eli positroneista) koostuvia antivetyatomeita on havaittu matalissa energioissa CERN:issä. Antimateria on siitä vekkulia ainetta, että se on kuin tavallisen materian peilikuva. Esimerkiksi positroneilla on vastakkainen varaus kuin materialla ja se näyttää vähän kuin ajassa taaksepäin kulkevalta elektronilta (CERN:in lehdistötiedote oli muuten päivätty 17.11.2011, tää seliittääkin?? [Edit: pahus, entry oli korjattu! Luonto lähetti agenttinsa korjaamaan tilanne ettei ihmiset vaan keksisi aikamatkustusta]). Kun materia kohtaa tämän peilikuvamaterian tapahtuu iso pamaus. Lewis Carroll ei tiennyt, että Peilikuvamaahan ei kannata pyrkiä, koska siitä tulee vaan kauhea sotku. Fyysikoiden ongelma on kuitenkin siinä, että tämä materian peilikuvamaa ei ole ihan täydellisen symmetrinen. Tarkkaavainen Liisa huomaisi, että Peilikuvamaassa on pikkasen vähemmän antimateriaa kuin peilin toisella puolella. Alkuräjähdyksessä muodostui hieman enemmän materiaa kuin antimateriaa ja tämä maailmankaikkeus on se materia mitä jäi ’yli’, kun muu materia ja antimateria tuhosivat toisensa.

Paul Dirac ennusti antimaterian olemassaolon vuonna 1931 ja kokeissa Carl D. Anderson löysi positronin vuonna 1932. Anti-vetyatomeita havaittiin CERN:issä  jo vuonna 1995, joten joku voi ihmetellä, että kerittiinkö ne jo unohtaan ku nyt uutisoidaan löydöstä uudestaan. Antimateriaa muodostuu korkeaenergisissä törmäyksissä, joten antihidut karkaavat yleensä vauhdikkaasti pois kokeesta tai annihiloituvat muun materian kanssa nopeammin kuin kerkee samomaan kissan.  Antivety haluttiin tämän takia vangita tyhjiöön ja jarrutettua. Koko nykyisen saavutuksen clue on siinä, että 38 antivetyatomia on saatu jarrutettua mataliin energioihin ja pidettyä hengissä noin 0.1 sekuntia ennen kuin turma tuli annihilaation muodossa. Kärsimätön siantuntija voisi kuitenkin hermostua ja väittää yhä, että eikö riittäis vähempikin, tehdään muutama mittaus, kirjotetaan papru ja mennään kaljalle! Mutta on olemassa ihan hyvä syy miksi antivedyn elinikää halutaan pidentää.

Tuo syy on se, että kokeissa halutaan kovasti mitata antivedyn spektrin transitioenergia 2s orbitaalilta 1s orbitaalille, joka tunnetaan myös Lymanin alpha -viivana.  Sen kvantin aaltoluku on tavallisella vedyllä 3/4 Rydbergin vakiosta. Vedyn Lymanin alphan tarkkuusmittauksien ansiosta Rydbergin vakio tunnetaan aivan käsittämättömällä 14 merkitsevän numeron tarkkuudella 10 973 731.568 527/m. Tämä tarkkuus saavutetaan, koska 2s-tila on metastabiili eli atomimaailman mittapuulla elinikä on todella pitkä, noin 0.12 sekuntia. Jos tilan elinaika olisi lyhyempi hra Heisenbergin epämääräisyysperiaate pistäisi kapuloita tarkkuuden rattaisiin. Antivedyn Lymanin alphan energian pitäisi kaikista luonnon pienistä symmetriarikoista huolimatta olla täsmälleen sama kuin vedyn. Jos se ei ole, niin hitufysiikan kaunein ja eksaktein CPT-symmetria rikkoutuu ja mikä onkaan enää silloin pyhää ja mihin voimme enää luottaa? Asia pitää siis hyvin tarkkaan testata.

Antivedyn Lymanin alphan mittaaminen vaatii sen, että antivety pitää ylipäätänsä pitää hengissä vähintään tuon 2s-tilan elinajan eli noin 0.12 s. CERN:issä raportoidut elinajat olivat juuri tuota luokkaa, tää on juuri uutisen pointti! Optimistisesti ajatellen pian on siis odotettavissa antivedyllä tehtyjä tarkkuusmittauksia, joilla CPT-teoriaa voisi testata.

Advertisements

7 responses to “Antivety

  1. Oi kuinka osuva teksti! Olen aina ollut kiinnostunut positroneista, mutta rakkaus on saanut viime viikkojen aikana lisää räiskettä uusien PET tutkimuksien mukana.

    Hassua kuinka asiat voivatkaan tapahtuvat samaan aikaan..

  2. On muuten aika eri aikaskaalat PET:issä ja näissä CERN:in kokeissa, kun PET:issä positronin elinaika oli kai jotain nanosekunteja? Siihen verrattuna CERN:in saavuttama 0.1 sekuntia on pieni ikuisuus. CERN tunnetaan kiihdytinlabrana, mutta ironista on, että tässä kauniissa kokeessa jarrutin on se oleellinen juttu. 😉

  3. Vähän yllättävää tosiaan, että positronium käyttäytyy sirontakokeissa vähän kuten elektronit. Mutta toisaalta positroniumin massakeskipisteliike on merkittävää ja relativistista kvanttimekaniikkaa on muutenkin pirun vaikeata laskea. Veikkaan, että laskuissa ollaan tehty vähän huono approksimaatio, mikä on johtanut tuohon huonoon fittiin. En usko (vielä), että tässä on uutta fysiikkaa ja että Diracin yhtälö ei pätisikään.

  4. En minäkään tohdi epäillä Diracia :] Kuitenkin taitaa olla parikin koodia (esimerkiksi Monte Carlo simulointi koodia) Maan päällä, jotka käyttävät mahdollisesti näitä ”epäoptimaalisia” oletuksia.

    Kiva näin käytännön fysiikan ihmisenä huomata, että mittaukset tuovat joskus paljon lisää tietoa tai ainakin kysymyksiä.

  5. No niin, näinhän se menee, kokeilijat tykkäävät pistää teoreetikkojen päät pyörälle, mutta yhtä lailla vänkää on teoreetikolle se, että pystyy laittamaan kokeilijat duuniin kummallisten teorioiden vahvistamiseksi 😀

  6. Arsenikkipöpöt – uhka vai mahdollisuus? Vuoden tiedeuutinen vai ihan jännää? Inspaako tehdä juttua?

Kommentointi on suljettu.