אנו חיים ביקום העשוי מחומר. אבל ברגע המפץ הגדול, החומר והאנטי-חומר היו קיימים בכמויות שוות. שאנטי-חומר כמעט נעלם מעיד שלטבע, מסיבה כלשהי, יש העדפה חזקה לחומר. פיזיקאים רוצים לדעת מדוע החומר החליף את התאום האנטי-חומר שלו, והשבוע שיתוף הפעולה של ALPHA ב-CERN התקרב צעד נוסף לפענוח התעלומה.
ALPHA, ניסוי שיתופי בינלאומי שהוקם בשנת 2005, תוכנן ללכוד ולמדוד חלקיקי אנטי מימן באמצעות ניסוי שתוכנן במיוחד. זה ממשיך מהמקום שבו הפסיקה קודמתה לחיפוש האנטי-חומר, ATHENA. ההתמקדות היא באנטי מימן מכיוון שהמימן הוא היסוד הנפוץ ביותר ביקום והמבנה שלו מוכר מאוד למדענים.
לכל אטום מימן יש אלקטרון אחד המקיף את הגרעין שלו. ירי אור לעבר האטומים מעורר את האלקטרון, וגורם לו לקפוץ למסלול רחוק יותר מהגרעין לפני שהוא נרגע וחוזר למסלול המנוחה שלו ופולט אור בתהליך. התפלגות התדר של האור הנפלט הזה ידועה; הוא נמדד במדויק, וביקום שלנו עשוי מחומר, הוא ייחודי למימן.
איור של מימן ואנטי מימן. קרדיט: USAF
הפיזיקה הבסיסית מכתיבה שתאום אנטי-חומר של מימן, אנטי-מימן, צריך להיות מוכר באותה מידה על ידי ספקטרום זהה. כלומר, אם כל מה שאנחנו יודעים על פיזיקת החלקיקים נכון. לכידה ומדידה של הספקטרום של אנטי מימן היא המטרה העיקרית של קבוצת ALPHA.
ALPHA עשתה את המדידות הצנועות הראשונות של אנטי מימן. במנגנון ALPHA, אנטי מימן כלוא על ידי סידור מגנטים המשפיעים על השדה המגנטי של האטומים. גלי מיקרו המכוונים לתדר מסוים המכוונים לאטומי האנטי מימן הללו הופכים את הכיוון המגנטי שלהם, ומשחררים אותם. האנטי מימן המשוחרר פוגש מימן כשהוא בורח והשניים מחסלים זה את זה, ומשאירים דפוס ידוע בגלאי חלקיקים המקיפים את המכשיר.
המנגנון תפס עדויות למסלולי קפיצת האלקטרונים באטום אנטי מימן לאחר שקרינת מיקרוגל שינתה את מצבה הפנימי. התוצאה מוכיחה עוד יותר את תקפות הגישה של ALPHA, ומוכיחה שלמכשיר יש מספיק שליטה ורגישות כדי לבצע בהצלחה את הניסוי לו תוכנן. בעתיד, ALPHA תתמקד בשיפור הדיוק של מדידות המיקרוגל שלה כדי לחשוף את ספקטרום האנטי מימן באמצעות לייזרים.
קשה היה להשיג את התוצאות המרגשות שכן אנטי מימן אינו קיים בטבע. זה מיוצר במכשיר ALPHA מאנטיפרוטונים המיוצרים בעצמם במאט האנטיפרוטונים ומפוזיטרון ממקור רדיואקטיבי. וצריכה להיות לו רמת אנרגיה נמוכה מספיק כדי להישאר לכוד למדידות. אבל זה עובד, וזה רק עשוי לתת לפיזיקאים את המפתח שהם צריכים כדי להבין את המסתורין של היקום המוקדם.