Gruppen ALPHA vid det europeiska fysiklaboratoriet CERN har lyckats fånga rekordmånga antiväte-atomer. Det öppnar nya möjligheter till precisa tester av materia antimateria-symmetrier Ännu då länge har dock inga avvikelser upptäckts.

Atomer av antimateria kan användas till att testa våra mest grundläggande naturlagar, t.ex. CPT (Charge conjugation – Parity – Time reversal) symmetrin som förutsäger att atomer och antiatomer har identiska spektra. På CERN jobbar därför flera forskargrupper med att skapa och studera antiväte. Den grupp där jag själv är med, ALPHA, har just gjort ett genombrott som öppnat dörren till nya spännande möjligheter [M. Ahmadi et al. Antihydrogen accumulation for fundamental symmetry tests, Nature Communications 8, 861 (2017)].

ALPHA har utvecklat banbrytande tekniker för att fånga in och hålla fast mångdubbelt fler antiatomer än vad som tidigare varit möjligt. 2010 lyckades vi för första gången fånga antiatomer [G. B. Andresen et al. Trapped Antihydrogen, Nature 468, 473 (2010)], men då handlade det om 38 st insamlade under flera veckor. Med den nya tekniken har ALPHA lyckats fånga upp till 54 antiatomer – samtidigt! Det motsvarar 2-3 stycken per minut. Inget tyder heller på att den övre gränsen är nådd.

Vi har redan fått flera nya spännande resultat med hjälp av den förbättrade insamlingstekniken. ALPHA:s ursprungliga huvudmål är att studera laserspektroskopi (1S-2S) på antiväte och jämföra resultaten med vanligt väte. Mot slutet av 2016 lyckades vi för första gången excitera 2S tillståndet i antiväte [M. Ahmadi et al., Observation of the 1S-2S transition in trapped antihydrogen, Nature 541 (2016), 506].

I augusti rapporterade vi om spektroskopi på hyperfintillstånd i antiväte, dvs mikrovågsspektroskopi (den s.k. 21-cm linjen) [M. Ahmadi et al., Observation of the hyperfine spectrum of antihydrogen, Nature 548 (2017), 66]. För vanligt väte har samma experiment gjorts i många decennier, men för antiväte är experimentet oerhört mycket svårare. Vi måste ju sätta ihop anti-atomerna en och en från antipartiklar!

2012 lyckades vi göra ett på/av experiment för bytet av anti-atomernas hyperfintillstånd, men nu kan vi skanna frekvensen och få upp en riktig linjeprofil. Det gör att vi kunde bestämma resonansfrekvensen med en mätosäkerhet på 0,04 %.  Inom osäkerheten överensstämmer värdet med vanligt väte, men nu är dörren öppnad för allt mer precisa mätningar.

På ALPHA:s att-göra-lista står också att undersöka gravitationens inverkan på antimateria, d.v.s. om antiatomer faller på samma sätt som vanliga atomer. De nya framstegen kommer att hjälpa till att göra den typen av studier möjliga.

För den intresserade har Nature skrivit en editorial om alla antiväte-experiment som ni finner här.
(Samtliga refererade artiklar utom den från 2010 är publicerade som Open Access.)

Svante Jonsell
Styrelsemedlem Fysikersamfundet