Para ilmuwan telah membuat pengukuran antimateri yang paling tepat, dan hasilnya hanya memperdalam misteri mengapa kehidupan, alam semesta, dan segala yang ada di dalamnya.
Pengukuran baru menunjukkan bahwa, ke tingkat yang sangat tinggi, antimateri dan materi berperilaku identik.
Namun pengukuran-pengukuran baru itu tidak dapat menjawab salah satu pertanyaan terbesar dalam fisika: Mengapa, jika bagian-bagian materi yang sama dan antimateri terbentuk selama Big Bang, apakah alam semesta kita saat ini terdiri dari materi?
Semesta dalam keseimbangan
Alam semesta kita didasarkan pada keseimbangan lawan. Untuk setiap jenis partikel "normal", terbuat dari materi, ada antipartikel konjugat dari massa yang sama yang memiliki muatan listrik berlawanan yang dihasilkan pada waktu yang sama. Elektron memiliki antielektron yang berlawanan, atau positron; proton memiliki antiproton; dan seterusnya.
Namun, ketika partikel dan antimateri bertemu, mereka saling memusnahkan, hanya menyisakan energi yang tersisa. Fisikawan berpendapat bahwa seharusnya ada jumlah yang sama dari materi dan antimateri yang diciptakan oleh Big Bang, dan masing-masing akan memastikan kehancuran satu sama lain, meninggalkan bayi alam semesta kehilangan blok bangunan kehidupan (atau apa pun, sebenarnya). Namun di sinilah kita, di alam semesta yang hampir seluruhnya terbuat dari materi.
Tapi ini dia: Kita tidak tahu ada antimateri primordial yang berhasil keluar dari Big Bang. Jadi mengapa - jika antimateri dan materi berperilaku dengan cara yang sama - apakah satu jenis materi bertahan dari Dentuman Besar dan yang lainnya tidak?
Salah satu cara terbaik untuk menjawab pertanyaan itu adalah mengukur sifat-sifat dasar materi dan konjugat antimateri setepat mungkin dan membandingkan hasilnya, kata Stefan Ulmer, seorang ahli fisika di Riken di Wako, Jepang, yang tidak terlibat dalam materi baru. penelitian. Jika ada sedikit penyimpangan antara sifat-sifat materi dan sifat antimateri berkorelasi, itu bisa menjadi petunjuk pertama untuk memecahkan cerita detektif terbesar fisika. (Pada 2017, para ilmuwan menemukan beberapa perbedaan kecil dalam perilaku beberapa pasangan antimateri, tetapi hasilnya secara statistik tidak cukup kuat untuk dihitung sebagai penemuan.)
Tetapi jika para ilmuwan ingin memanipulasi antimateri, mereka harus susah payah membuatnya. Dalam beberapa tahun terakhir, beberapa fisikawan telah mempelajari antihidrogen, atau antimateri hidrogen, karena hidrogen adalah "salah satu hal yang paling kami pahami di alam semesta," kata rekan penulis studi Jeffrey Hangst, seorang ahli fisika di Universitas Aarhus di Denmark, kepada Live Science. . Pembuatan antihidrogen biasanya melibatkan pencampuran 90.000 antiproton dengan 3 juta positron untuk menghasilkan 50.000 atom antihidrogen, hanya 20 di antaranya yang tertangkap dengan magnet dalam sebuah tabung silinder sepanjang 11 inci (28 sentimeter) untuk studi lebih lanjut.
Sekarang, dalam sebuah studi baru yang diterbitkan hari ini (4 April) di jurnal Nature, tim Hangst telah mencapai standar yang belum pernah terjadi sebelumnya: Mereka telah mengambil pengukuran antihidrogen yang paling tepat - atau segala jenis antimateri sama sekali - hingga saat ini. Dalam 15.000 atom antihidrogen (berpikir melakukan proses pencampuran tersebut sekitar 750 kali), mereka mempelajari frekuensi cahaya yang dipancarkan atau diserap atom ketika mereka melompat dari keadaan energi yang lebih rendah ke yang lebih tinggi.
Pengukuran para peneliti menunjukkan bahwa tingkat energi atom antihidrogen, dan jumlah cahaya yang diserap, setuju dengan rekan-rekan hidrogen mereka, dengan presisi 2 bagian per triliun, secara dramatis meningkatkan presisi pengukuran sebelumnya pada urutan bagian per miliar.
"Sangat jarang bahwa eksperimentalis berhasil meningkatkan presisi dengan faktor 100," kata Ulmer kepada Live Science. Dia berpikir bahwa, jika tim Hangst melanjutkan pekerjaan selama 10 hingga 20 tahun tambahan, mereka akan dapat meningkatkan tingkat ketepatan spektroskopi hidrogen dengan faktor lebih lanjut 1.000.
Untuk Hangst - juru bicara kolaborasi ALPHA di Organisasi Eropa untuk Riset Nuklir (CERN), yang menghasilkan hasil ini - pencapaian ini adalah dekade dalam pembuatan.
Menjebak dan memegang antimateri adalah suatu prestasi besar, kata Hangst.
"Dua puluh tahun yang lalu, orang mengira ini tidak akan pernah terjadi," katanya. "Ini adalah tour de force eksperimental untuk dapat melakukan ini sama sekali."
Hasil baru ini sangat mengesankan, Michael Doser, seorang fisikawan di CERN yang tidak terlibat dalam pekerjaan itu, mengatakan kepada Live Science dalam email.
"Jumlah atom yang terperangkap untuk pengukuran ini (15.000) adalah peningkatan besar pada catatan sendiri hanya beberapa tahun yang lalu," kata Doser.
Jadi, apa yang ditunjukkan oleh pengukuran antimateri yang paling tepat? Sayangnya, tidak lebih dari yang kita tahu. Seperti yang diharapkan, hidrogen dan antihidrogen - materi dan antimateri - berperilaku identik. Sekarang, kita hanya tahu bahwa mereka identik pada pengukuran bagian per triliun. Namun, Ulmer mengatakan pengukuran 2-bagian-per-triliun tidak mengesampingkan kemungkinan bahwa ada sesuatu yang menyimpang di antara kedua jenis materi pada tingkat presisi yang lebih besar yang sejauh ini menentang pengukuran.
Adapun Hangst, dia kurang peduli dengan menjawab pertanyaan mengapa alam semesta kita ada seperti halnya tanpa antimateri - apa yang dia sebut "gajah di ruangan." Alih-alih, ia dan kelompoknya ingin fokus membuat pengukuran yang lebih tepat, dan mengeksplorasi bagaimana antimateri bereaksi dengan gravitasi - apakah itu jatuh seperti materi normal, atau bisakah ia jatuh?
Dan Hangst berpikir bahwa misteri dapat dipecahkan sebelum akhir 2018, ketika CERN akan ditutup selama dua tahun untuk peningkatan. "Kami punya trik lain di lengan baju kami," katanya. "Tetap disini."
