Vakum yang menggelegak, parau mengisi ruang kuantum, mendistorsi bentuk setiap atom hidrogen di alam semesta. Dan sekarang kita tahu bahwa itu juga mendistorsi kembar antimateri dunia bizarro-hidrogen: antihidrogen.
Antimateri adalah zat yang sedikit dipahami, langka di alam semesta kita, yang meniru materi hampir sempurna, tetapi dengan semua sifatnya terbalik. Misalnya, elektron adalah partikel materi kecil yang membawa muatan negatif. Si kembar antimateri mereka adalah "positron" kecil yang membawa muatan positif. Gabungkan elektron dan proton (partikel materi yang lebih besar dan bermuatan positif), dan Anda mendapatkan atom hidrogen sederhana. Gabungkan positron antimateri dengan "antiproton" dan Anda mendapatkan antihidrogen. Ketika materi biasa dan antimateri bersentuhan, materi dan partikel antimateri saling memusnahkan.
Saat ini, antimateri tampak sebagai kembaran materi yang sempurna dan antagonis, dan salah satu misteri besar fisika adalah mengapa materi mendominasi ruang ketika antimateri menjadi pemain yang sedikit di alam semesta. Menemukan beberapa perbedaan antara keduanya dapat membantu menjelaskan struktur alam semesta modern.
Pergeseran Domba adalah tempat yang baik untuk mencari perbedaan semacam itu, kata Makoto Fujiwara, seorang fisikawan partikel Kanada yang berafiliasi dengan CERN dan rekan penulis studi baru, yang diterbitkan 19 Februari di jurnal Nature. Fisikawan kuantum telah mengetahui tentang efek kuantum aneh ini, dinamai sesuai dengan fisikawan Universitas Arizona Willis Lamb, sejak 1947. Pada konferensi fisikawan Amerika pascaperang pertama, Lamb mengungkapkan bahwa sesuatu yang tak terlihat di dalam atom hidrogen mendorong partikel internal mereka, menciptakan celah yang lebih besar antara proton dan elektron yang mengorbit dari teori nuklir yang ada diizinkan.
"Secara kasar, pergeseran Anak Domba adalah manifestasi fisik dari efek 'kekosongan'," kata Fujiwara kepada Live Science. "Ketika kamu biasanya berpikir tentang ruang hampa, kamu tidak memikirkan 'apa-apa.' Namun, menurut teori fisika kuantum, ruang hampa diisi dengan apa yang disebut 'partikel virtual,' yang terus-menerus dilahirkan dan dihancurkan. "
Gelembung partikel setengah pendek yang luar biasa itu memiliki dampak nyata pada alam semesta di sekitarnya. Dan di dalam atom hidrogen itu menciptakan tekanan yang memisahkan dua partikel yang saling terkait. Penemuan tak terduga itu memenangkan Lamb the Nobel Prize 1955 dalam bidang fisika.
Tetapi sementara fisikawan telah mengetahui selama beberapa dekade bahwa Domba mengubah hidrogen, mereka tidak tahu apakah itu juga mempengaruhi antihidrogen.
Fujiwara dan rekan penulisnya ingin mencari tahu.
"Tujuan keseluruhan dari penelitian kami adalah untuk melihat apakah ada perbedaan antara hidrogen dan antihidrogen, dan kami tidak tahu sebelumnya di mana perbedaan tersebut dapat muncul," kata Fujiwara kepada Live Science.
Untuk mempelajari pertanyaan itu, para peneliti dengan susah payah mengumpulkan sampel antihidrogen menggunakan eksperimen antimateri Laser Antihidrogen (ALPHA) di Organisasi Eropa untuk Riset Nuklir (CERN), laboratorium fisika nuklir raksasa di benua itu. ALPHA membutuhkan beberapa jam untuk menghasilkan sampel antihidrogen yang cukup besar untuk bekerja, kata Fujiwara.
Ini menangguhkan zat di medan magnet yang mengusir materi. Peneliti ALPHA kemudian menekan antihidrogen yang terperangkap dengan sinar laser untuk mempelajari bagaimana antimateri berinteraksi dengan foton, yang dapat mengungkapkan sifat tersembunyi dari anti-atom kecil.
Mengulang percobaan mereka selusin kali pada sampel antihidrogen yang berbeda dalam kondisi yang berbeda, para peneliti ALPHA tidak menemukan perbedaan antara pergeseran Lamb dalam hidrogen dan pergeseran Lamb dalam antihidrogen yang dapat dideteksi oleh instrumen mereka.
"Saat ini, tidak ada perbedaan yang diketahui antara sifat dasar antihidrogen dan hidrogen reguler," kata Fujiwara. "Jika kita menemukan perbedaan, bahkan jumlah terkecil, itu akan memaksa perubahan radikal dalam cara kita memahami alam semesta fisik kita."
Meskipun para peneliti belum menemukan perbedaan apa pun, fisika antihidrogen masih merupakan bidang yang masih muda. Fisikawan bahkan tidak memiliki sampel yang mudah dipelajari dari barang-barang itu sampai tahun 2002, dan ALPHA tidak mulai menjebak sampel hidrogen secara rutin hingga 2011.
Penemuan ini adalah "langkah pertama," kata Fujiwara, tetapi masih banyak lagi yang harus dipelajari sebelum fisikawan benar-benar memahami bagaimana hidrogen dan antihidrogen dibandingkan.
