Den ny antiverden, set udefra. Herinde i apparaterne studerer fysikere antibrint. Foto: ALPHA

Sensationelt kig ind i anti-verdenen

”Der er folk i gruppen, som har ventet i 30 år på det her”, fortæller professor Niels Madsen fra Swansea Universitet. Han er en del af ALPHA, gruppen af eksperimentelle fysikere, som står bag den seneste måling på antibrint. Resultatet er offentliggjort i Nature.

Den epokegørende måling viser, at antibrint opfører sig fuldstændig som brint. Det lyder måske umiddelbart som et antiklimaks. En antihistorie, hehe. Men det er faktisk lige det modsatte. Antistoffet er nemlig et af fysikkens allerstørste mysterier, så målingen har været ventet i årtier.

Besynderligt

Antiatomer er det modsatte af de atomer. Og begge slags burde være lige almindelige. Stof og antistof opstod nemlig i lige store mængder, da Universet blev til. Men af en eller anden besynderlig grund er antistoffet forsvundet. Kun stof – i form af atomer og molekyler – er tilbage.

For en fysiker er det dybt besynderligt. Kvantemekanikkens ligninger og alle erfaringer fra fysikeksperimenter viser, at anti-atomer og atomer burde findes i absolut lige store mængder.

Så hvor i alverden er antistoffet blevet af? Teoretikere har i snart et århundrede støvsuget fysikkens ligninger og deres egne hjerners yderste kringelkroge efter en løsning.

Anti-galakser

En mulig forklaring er foreslået: Universet er simpelthen delt op i områder med stof og områder med antistof. I så fald er halvdelen af universets galakser antigalakser. Fyldt med antistjerner, som lyser på antiplaneter, hvor antiliv løber omkring på overfladen… antiløver, der jager loper, som en kendt fysiker-joke lyder… Men nej. Alle undersøgelser af stråling fra kosmos har vist, at der ikke findes antigalakser derude.

En anden mulighed kunne være, at antistof ikke reagerer på tyngdekraft, lige som stof. Måske skubber tyngdekraften antistof i stedet for at trække i det? Den mulighed mangler man stadig at undersøge i detaljer. Men de første indledende undersøgelser tyder ikke på, at det er forklaringen.

Fejl i ligningerne?

En sidste mulighed er, at kvantemekanikkens ligninger måske ikke har ret i, at antistof og stof opfører sig helt ens. At der er en lille asymmetri, som fysikerne kalder det – altså en lille bitte forskel på, hvordan et atom og et antiatom opfører sig, som har betydet, at antistoffet er forsvundet kort efter Big Bang.

Det er den forskel, eksperimenterne i Schweiz leder efter. Det er for at finde en forskel mellem stof og antistof, at man i årtier har forsøgt at komme til at studere, hvordan antistof reagerer kvantemekanisk. Det er bare ikke en verden, som er nem at træde ind i:  I samme øjeblik stof og antistof mødes, udsletter de to typer partikler hinanden, og forsvinder i en atomeksplosion.

Ind i antiverdenen

Det betyder, at vores omgivelser her på Jorden er systematisk renset for antistof. Så det første, der skal på plads, hvis man vil studere antistof i detaljer, er at man skal kunne producere skidtet selv. Og bagefter skal man kunne holde det fri af vores egen verden, så det ikke eksploderer.

Det har gjort studiet af antistof til en tung og besværlig proces, siden antistof blev forudsagt tilbage i 1929.

De vigtigste etaper er følgende:

Siden 1955 har man kunnet producere positroner og antiprotoner i laboratorier. Disse to antipartikler svarer til brintatomets elektron og proton.

Fanget i magnetflaske

Problemet var så, at positroner og antiprotoner kommer til verden tæt på lysets hastighed. Det var sin sag at få dem til at danne antibrint med de hastigheder. Det tog 40 år.

Små ti år senere lykkedes det så i 2002 første gang fysikerne at nedkøle antibrint til stuetemperatur.

Den bedrift stod ALPHA ved CERN i Schweiz for. Gruppen tæller blandt andre professor Niels Madsen fra Swansea Universitet og professor Jeffrey Hangst fra Aarhus Universitet. ALPHA har siden været førende indenfor forskning i antibrint.

I 2010 lykkedes det dem at køle antibrint til tæt på det absolutte nulpunkt. Nu kunne de holde dette lille antiatom fast i 15 minutter i en slags magnetisk flaske, så det ikke mødte vores verdens atomer.

Antibrints kvantespring

Lige siden har fysikere ventet med spænding på eksperimenter med antibrint. For ved de temperaturer er det muligt at studere, om antistof opfører sig forskelligt fra stof.

Og resultatet i Nature er den første af den type grundige undersøgelser af antibrint. Gruppen har dokumenteret antistofs første kvantespring med ti decimalers nøjagtighed. Resultatet viser, at dette fundamentale kvantespring foregår på nøjagtig samme måde i brint og antibrint.

Forklaringen kommer en dag

Det betyder så, at forklaringen på det forsvundne antistof i universet IKKE ligger i dette elementære kvantespring, som man finder i alle atomer. Så langt, så godt.

Resultatet er alligevel spændende. For det er blot første forsøg i rækken med antibrint, som ser ud til at lade sig studere i detaljer. Brint er langt det bedst studerede atom i verden. Antibrint kan blive det næstbedst undersøgte. Rejsen ind i antiverdenen er i fuld gang.

Og en dag SKAL forskellen på stof og antistof dukke op. Ellers ville vi jo ikke være til. Så ville alle partikler, vores verden består af, være forsvundet kort efter Big Bang, når de mødte antipartiklerne. Men vi er her. Vi er levende beviser på, at der pinedød må være en forskel. Spørgsmålet er kun, hvor, og hvornår vi finder den.

Kilde: Nature

Læs også

Du fandt vores hemmelige side!

IMG_0079_webGodt fundet – og velkommen! Her har vi af og til små konkurrencer og andre finurligheder. Som for eksempel spørgsmålet om hvad denne orange bue på vores tagterrasse mon er.

Vinderen i lodtrækningen blandt de opfindsomme bud blev:

Vibeke Gerbøll fra Glostrup

Vibeke får et årskort til Experimentarium. Stort tillykke fra os her på den hemmelige redaktion.

Og hvad er svaret så?

Buen er en del af aktiviteten Sona, der kombinerer musik, lyd og regning med fysisk aktivitet. Du kan for eksempel danse stopdans og hoppe koder – alt sammen oppe på vores interaktive tagterrasse.