Fysikum, genom Svante Jonsell, deltar i det internationella samarbetet ALPHA där atomer av antimateria skapas och sen undersöks med allt högre precision. Experimentet är lokaliserat till det europeiska partikelfysiklaboratoriet CERN utanför Geneve, eftersom det bara är där som antipartiklar finns att tillgå i tillräcklig mängd. Målet är att utsätta vår förståelse av fysiken för så tuffa test som bara är möjligt. Vi har valt att studera antiväte eftersom väteatomen, dess materiemotsvarighet, är det bäst studerade system som finns. Vissa egenskaper hos väte har uppmätts med 15 siffrors noggrannhet. Om vår förståelse av antimateria är korrekt så ska antiväte vara precis likadant. Så mista avvikelse, även om det bara är i sista decimalen, skulle totalt rasera allt vi tror att vi förstår.
De senaste resultaten, vilka publicerades i Nature den 19:e februari, rör mätningar av små energiskillnader, s.k. finstruktur och Lamb-skift i antiväte. Finstrukturen kan beskrivas väl av en ekvation som Paul Dirac utvecklade kring 1928, då han kombinerade kvantmekaniken med Einsteins speciella relativitetsteori. En annan konsekvens av Diracs ekvation är att antipartiklar, som då ännu inte hade observerats, måste existera. Däremot kan den ytterligare energiskillnad som Willis Lamb påvisade 1947 (och gav honom Nobelpris 1955) inte förklaras genom Diracs ekvation. Dessa helt oväntade experimentella resultat bidrog starkt till att en ny mer komplett teori, som kallas kvantelektrodynamiken, utvecklades.
Under 1900-talet har alltså allt mer noggranna mätningar på vanligt väte drivit på vår förståelse av fundamental fysik. Givet den historien är det logiskt att fortsätta längs den vägen med mätningar på antiväte för att testa om vår förståelse av antimateria är helt korrekt. Hittills har vår nuvarande förståelse stått pall för alla test. Så även denna gång. Våra mätningar stämmer med vanligt väte inom experimentella osäkerheter på 2% för finstruktur och 11% för Lamb-skiftet. Arbetet fortsätter dock, både med allt mer noggranna materie-antimaterie jämförelser, och med jämförelser av fler och fler egenskaper. Till exempel arbetar både ALPHA och flera andra samarbeten på att i framtiden se om antiväte faller mot jorden med samma acceleration som vanligt väte.
Svante Jonsell intervjuades av vetenskapsradion (c:a 2.15 in): https://sverigesradio.se/avsnitt/1445716
IFL Science: Antihydrogen transitions measured for the first time and they are a lot like hydrogen
Referens:
Investigation of the fine structure of antihydrogen Nature 2020, vol. 578, s. 375-380
News and views (kommenterande artikel i Nature) : https://www.nature.com/articles/d41586-020-00384-y
