پژوهشگران در سرن برای اولین بار موفق شدند باریکه‌ای از اتم‌های پادهیدروژن را به واسطه‌ی کاهش اثرات ناشی از میدان‌های مغناطیسی به وجود آورند.

نمایی از آزمایش ASACUSA در سرن

گروه همکاری آزمایش ASACUSA در سرن برای اولین بار موفق به تولید باریکه‌ای از اتم‌های پاد‌هیدروژن شد. در مقاله‌ای که دیروز در Nature Communications منتشر شده، این گروه آشکارسازی بدون ابهام 80 اتم پادهیدروژن را در فاصله‌ی 2.7 متری از محل تولید آن‌ها گزارش کرده است، در حالی که اثر اختلال ناشی از میدان مغناطیسی که برای تولید آن‌ها مورد استفاده قرار گرفته، ناچیز می‌باشد. این نتایج گام مهمی در جهت طیف‌سنجی فوق ریز (hyperfine spectroscopy) اتم‌های پادهیدروژن برمی‌دارد.

پادماده‌های نخستین تا به حال در جهان مشاهده نشده‌اند و نبود آن‌ها یک معمای بزرگ علمی است. با این وجود، می‌توان مقادیر قابل‌توجهی از پادهیدروژن را در آزمایشگاه‌های سرن با ترکیب کردن پادالکترون‌ها (پوزیترون‌ها) و پادپروتون‌های کم‌انرژی، که به وسیله‌ی شتاب‌کاهنده‌ی پادپروتون تولید می‌شوند، به وجود آورد.

پیش‌بینی می‌شود که طیف هیدروژن و پادهیدروژن یکسان باشد. بنابراین هر تفاوت جزئی بین آن‌ها می‌تواند بلافاصله پنجره‌ای به سوی فیزیک جدید باز کند و نیز در حل معمای پادماده کمک‌ کننده باشد. هیدروژن که تنها از یک پروتون و یک الکترون تشکیل شده، ساده‌ترین اتمی است که به طور دقیق در فیزیک جدید مورد بررسی قرار می‌گیرد. بنابراین مقایسه‌ی اتم‌های هیدروژن و پادهیدروژن یکی از بهترین راه‌ها برای انجام آزمایش‌های تقارن ماده و پادماده خواهد بود.

ماده و پادماده هنگامی که با یکدیگر برخورد می‌کنند، بلافاصله نابود می‌شوند. بنابراین گذشته از ایجاد پادهیدروژن، یکی از چالش‌های اصلی فیزیک‌پیشگان دور نگهداشتن پاداتم‌ها از مواد معمول است. برای انجام این کار، در آزمایش‌ها از ویژگی‌های مغناطیسی پادهیدروژن (که مشابه هیدروژن است) سود برده می‌شود و نیز از یک میدان مغناطیسی قوی و غیریکنواخت برای به دام انداختن پاد‌اتم‌های کافی جهت مطالعه‌ استفاده می‌شود. گرادیان این میدان‌های مغناطیسی قوی، ویژگی‌های طیفی اتم‌ها (پاداتم‌ها) را تنزل می‌دهد. بنابراین این گروه برای انجام طیف‌سنجی با وضوح بسیار بالا، دست به روشی ابتکاری زد تا اتم‌های پادهیدروژن را به سمت ناحیه‌ای انتقال دهد که به دور از میدان مغناطیسی قوی مورد مطالعه قرار گیرند.

یاسونوری یامازاکی (Yasunori Yamazaki)، سرپرست این گروه می‌گوید: «چون اتم‌های پادهیدروژن بار الکتریکی ندارند، انتقال آن‌ها چالش بزرگی بود. این نتایج برای مطالعه‌ی بسیار دقیق ساختار اتم‌های پادهیدروژن مخصوصاً ساختار فوق ریز، که یکی از بهترین ویژگی‌های طیفی شناخته شده برای هیدروژن می‌باشد، نویدبخش است. و اندازه‌گیری آن در پادهیدروژن، اجازه می‌دهد تا دقیق‌ترین آزمایش تقارن ماده و پادماده انجام گیرد.»

گام بعدی این گروه بهینه سازی شدت و انرژی جنبشی این باریکه  و درک بهتر حالات کوانتومی آن‌هاست.

منبع: Antimatter experiment produces first beam of antihydrogen