Το πείραμα ALPHA μέτρησε την συχνότητα υπέρλεπτης μετάβασης ατόμων αντιυδρογόνου στην περιοχή των 1420 MHz (που αντιστοιχεί στη γραμμή των 21 cm) με εξαιρετική ακρίβεια
Γνωρίζουμε ότι το άτομο του υδρογόνου μπορεί να εκπέμψει, πολύ σπάνια, ακτινοβολία στην ραδιοφωνική συχνότητα των 1420 ΜHz ως εξής: το άτομο του υδρογόνου αποτελείται από ένα πρωτόνιο στον πυρήνα και ένα ηλεκτρόνιο. Τόσο το ηλεκτρόνιο όπως και το πρωτόνιο έχουν σπιν. Στη χαμηλότερη ενεργειακή κατάσταση, ή θεμελιώδη κατάσταση, τα σπιν των δύο σωματιδίων έχουν αντίθετες κατευθύνσεις.
Όταν το άτομο αλληλεπιδρά, για παράδειγμα μέσω συγκρούσεων ή κατάλληλης ακτινοβολίας, μπορεί να απορροφήσει ένα πολύ μικρό ποσό ενέργειας και να βρεθεί στην κατάσταση όπου τα σπιν των δύο σωματιδίων έχουν την ίδια κατεύθυνση.
Όταν το άτομο επιστρέφει στην θεμελιώδη του κατάσταση, χάνει αυτή την ενέργεια εκπέμποντας ένα φωτόνιο με μήκος κύματος 21 εκατοστών ή συχνότητα 1420 ΜHz, στην ραδιοφωνική περιοχή του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος. Τα σπιν του ηλεκτρονίου και του πρωτονίου λειτουργούν σαν δύο μικροσκοπικοί μαγνήτες. Ανάλογα με το πώς είναι στραμμένοι, το άτομο έχει λίγο περισσότερη ή λίγο λιγότερη ενέργεια. Αυτή η μικρή διαφορά ονομάζεται υπερλεπτή δομή.
Συμβαίνει κάτι παρόμοιο και με τα άτομα του αντιυδρογόνου; Υπενθυμίζεται ότι το άτομο του αντι-υδρογόνου συνίσταται από ένα αντιπρωτόνιο και ένα αντιηλεκτρόνιο (ποζιτρόνιο). Δηλαδή, η συχνότητα της ακτινοβολίας που εκπέμπουν ή απορροφούν τα άτομα του αντι-υδρογόνου ταυτίζεται ή διαφέρει με την ραδιοφωνική συχνότητα που εκπέμπουν ή απορροφούν στις αντίστοιχες μεταβάσεις τα άτομα του υδρογόνου;
Στο ερώτημα αυτό απάντησε η πειραματική ερευνητική ομάδα ALPHA στο CERN μετρώντας τις συχνότητες μετάβασης μεταξύ υπερλεπτών καταστάσεων, χρησιμοποιώντας μικροκύματα σε παγιδευμένα άτομα αντι-υδρογόνου, αυξάνοντας την ακρίβεια της μέτρησής τους κατά δύο τάξεις μεγέθους σε σχέση με παλαιότερες μετρήσεις.
Οι ερευνητές στο πείραμα ALPHA έδειξαν ότι το αντιυδρογόνο και το υδρογόνο έχουν την ίδια υπερλεπτή ενεργειακή διαφορά και επομένως την ίδια χαρακτηριστική συχνότητα μετάβασης 1420,4 MHz με ακρίβεια 4 μέρη ανά εκατομμύριο. Το αποτέλεσμα, δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature [Four ppm measurement of the antihydrogen ground-state hyperfine splitting] και επιτρέπει μια ακριβή σύγκριση μεταξύ υδρογόνου και αντι-υδρογόνου. Στην ουσία αποτελεί έναν θρίαμβο για το Καθιερωμένο Πρότυπο της σωματιδιακής φυσικής και ειδικά για το θεώρημα CPT (Φορτίο-Ομοτιμία-Χρόνος). Το θεώρημα αυτό μας λέει ότι αν αλλάξουμε όλα τα σωματίδια του σύμπαντος με αντισωματίδια (C), αναστρέψουμε τις χωρικές συντεταγμένες (P) και αντιστρέψουμε τον χρόνο (T), οι νόμοι της φυσικής πρέπει να παραμείνουν αναλλοίωτοι.
Η γραμμή των 21 εκατοστών
Είναι γνωστό ότιτο μήκος κύματος 21 εκατοστών (ή συχνότητα 1420 ΜHz) ανιχνεύεται από τα ραδιοτηλεσκόπια της Γης να εκπέμπεται ή να απορροφάται από τα αέρια νέφη του μεσοαστρικού χώρου που βρίσκονται σε θερμοκρασία 10 έως 100Κ και περιέχουν κυρίως υδρογόνο σε ατομική μορφή.
Εύλογα, τίθεται το ερώτημα αν η εν λόγω ραδιοφωνική ακτινοβολία θα μπορούσε να προέρχεται και από μεσοαστρικά νέφη αντιυδρογόνου.
Θεωρητικά ναι, αφού το αντιυδρογόνο εκπέμπει ακριβώς την ίδια συχνότητα, τα ραδιοτηλεσκόπια στη Γη είναι αδύνατον να ξεχωρίσουν αν αυτή η ραδιοφωνική ακτινοβολία προέρχεται από μεσοαστρικά νέφη κανονικού υδρογόνου ή νέφη αντιυδρογόνου. Όμως, αν υπήρχαν περιοχές μεσοαστρικά νέφη από αντιύλη, αναπόφευκτα σε κάποια στιγμή αυτά τα νέφη θα έρχονταν σε επαφή με νέφη κανονικής ύλης. Μια τέτοια επαφή θα προκαλούσε εξαΰλωση και εκπομπή ακτινοβολίας σε συγκεκριμένη ενέργεια. Για παράδειγμα, όταν ηλεκτρόνια συγκρούονται με τα ποζιτρόνια (αντιηλεκτρόνια), εξαϋλώνονται εκπέμποντας ακτίνες γάμμα με την χαρακτηριστική ενέργεια των 511.000 eV (ηλεκτρονιοβόλτ). Όμως τα τηλεσκόπια ακτίνων γ (όπως το Fermi Gamma-ray Space Telescope) θα εντόπιζαν στο υπόβαθρο πολύ εύκολα αυτή την ακτινοβολία εξαΰλωσης. Κάτι τέτοιο δεν συμβαίνει, οπότε συμπεραίνουμε πως το παρατηρήσιμο σύμπαν κυριαρχείται σχεδόν αποκλειστικά από κανονική ύλη.
πηγή: https://home.cern/alpha-measures-tiny-energy-gap-in-antimatter-with-improved-precision
Κατηγορίες:ΡΑΔΙΟΑΣΤΡΟΝΟΜΙΑ, ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΗ ΣΩΜΑΤΙΑ
physicsgg 
Σχολιάστε