Wetenschappers van de Swansea University die bij CERN werken, hebben een studie gepubliceerd waarin een doorbraak in antiwaterstofonderzoek wordt beschreven.

De wetenschappers werkten als onderdeel van de ALPHA-samenwerking die bestaat uit onderzoekers en groepen van meer dan een dozijn instellingen van over de hele wereld, met het Britse contingent onder leiding van professor Mike Charlton van Swansea University.

Het onderzoek, gefinancierd door de EPSRC, werd verkregen met behulp van apparatuur in de Antiproton Decelerator-faciliteit op CERN, en is gepubliceerd in de Natuur logboek.

Het experiment

Het ALPHA-teamexperiment laat zien hoe de wetenschappers de efficiëntie verbeterden bij de synthese van antiwaterstof, en slaagde er voor het eerst in de anti-atomen te verzamelen, waardoor er meer ruimte is voor hun experimenten.

Professor Charlton zei:"Als een opgewonden atoom ontspant, het straalt licht uit met een karakteristieke kleur, de gele kleur van natriumstraatverlichting is daar een alledaags voorbeeld van. Als het atoom waterstof is, wat een enkel elektron en een enkel proton is, en het aangeslagen elektron vervalt naar de laagste energietoestand van een hogere, de discrete reeks van uitgestraald ultraviolet licht vormt de Lyman-reeks, die is vernoemd naar Theodore Lyman die dit meer dan 100 jaar geleden voor het eerst opmerkte.

"De aanwezigheid van deze discrete lijnen hielp bij het vaststellen van de theorie van de kwantummechanica die de wereld op atomair niveau regeert en een van de hoekstenen is van de moderne natuurkunde.

"De Lyman-alpha-lijn is van fundamenteel belang in de natuurkunde en astronomie. waarnemingen in de astronomie over hoe de lijn van verre zenders wordt verschoven naar langere golflengten (bekend als de roodverschuiving), geeft ons informatie over hoe het universum evolueert, en maakt het mogelijk om modellen te testen die de toekomst ervan voorspellen"

Dit experiment is de eerste keer dat de Lyman-alfa-overgang plaatsvindt - wanneer het waterstofelektron overgaat tussen de zogenaamde 1S- en 2P-toestand, het uitzenden of absorberen van UV-licht met een golflengte van 121,6 nm - is waargenomen in anti-waterstof. Antiwaterstof is de antimaterie-tegenhanger van waterstof, en bestaat uit een enkel anti-proton en een enkel anti-elektron, waarbij het laatste deeltje ook wel een positron wordt genoemd.

Opgewonden Atomen

Voor dit experiment is de natuurkundigen verzamelden ongeveer 500 anti-waterstofatomen in de val. Als ze niets deden, ze zouden deze atomen voor velen kunnen vasthouden, veel, uur zonder verlies. Echter, door de ingesloten atomen te verlichten met verschillende kleuren UV-licht, het team zou de Lyman-alfa-overgang kunnen aansturen en de antiwaterstofatomen kunnen prikkelen.

Deze aangeslagen atomen zitten niet langer gevangen in het apparaat en, bestaat uit antimaterie, onmiddellijk vernietigen met de omringende materie van de apparatuur en worden gedetecteerd.

Deze waarneming is belangrijk omdat het weer een test is van een eigenschap van antiwaterstof die goed overeenkomt met die van waterstof. Het is ook een belangrijke stap in de richting van de productie van ultrakoude antiwaterstofatomen, die het vermogen om te controleren aanzienlijk zal verbeteren, manipuleren en verdere precisiestudies uitvoeren op het anti-atoom.

Professor Charlton zei:"Dit vertegenwoordigt een nieuwe mijlpaal in de atoomfysica, die de weg zou moeten openen voor manipulatie van de kinetische energieën van de gevangen anti-atomen

"Terwijl de studies zijn voortgezet in de Antiproton Decelerator-faciliteit bij CERN, het verder verfijnen van deze metingen en het gebruiken van de technieken om ons begrip van het antiwaterstof te verbeteren door middel van spectroscopie, het ALPHA-team zal het apparaat aanpassen om het effect van de zwaartekracht van de aarde op het anti-atoom te bestuderen. De komende maanden worden een spannende tijd voor alle betrokkenen."