Fysiker har trott att universum är gjort av både materia och antimateria sedan 1930 -talet. Även om vi är väl medvetna om vad det fysiska är, antimateria har förblivit en svårfångad substans.

Men det är på väg att förändras:vår nyligen publicerade forskning om vätevätska-vätgas antimateria-inbjuder till en ny era i strävan att förstå mer om antimateria och hur det har lyckats undvika oss.

Så vad är antimateria? I slutet av 1920 -talet, Paul Dirac förutspådde förekomsten av "spegel" -partiklar - motsatta motsvarigheter till de redan kända elektronerna och protonerna. Dessa spegelpartiklar hade motsatt laddning så de var en positiv elektron och en negativ proton - senare kallad positron och antiproton. Positronen upptäcktes några år senare 1932, men det tog forskare fram till 1955 att upptäcka antiproton.

Upptäckten var knepig eftersom antimateria inte verkar förekomma i universum. Faktiskt, antiprotonet upptäcktes bara för att en partikelaccelerator byggdes speciellt för att skapa dem.

Enligt Einsteins berömda ekvation kan E =mc² massa omvandlas till energi och vice versa. Acceleratorn fungerade genom att leverera tillräckligt med energi för att skapa antiprotoner genom att omvandla energi till massa. Massa är en kompakt hållare av energi, men inte allt kan normalt frigöras - även ett kärnvapen släpper bara ut en liten bråkdel av energin i dess massa.

När en partikel och dess antipartikel förs samman, de förintar varandra - det vill säga de kolliderar och försvinner - och all deras massenergi släpps ut i ett ljusskott. Motsatsen är också sant:med tillräcklig energi, vi kan skapa materia, men som förintelse, denna process är också symmetrisk, så materia och antimateria kommer alltid att skapas i lika stora mängder.

Detta är processen genom vilken den första antiprotonen skapades, och det är fortfarande det vi använder idag. Men det är otroligt ineffektivt:i en typisk skapandeprocess vid CERN -antiprotonhämmaren, cirka 1 m protoner kollideras med ett metallmål för att ge ett enda antiproton.

Varför spelar det någon roll?

Fysiker tror att universum skapades i Big Bang för miljarder år sedan, och i synnerhet att det började så varmt och litet att inga partiklar kunde bildas i början. När denna urenergisoppa svalnade, partiklar och antipartiklar bildade i lika stora mängder. Men mindre än en sekund efter Big Bang, något hände som orsakade asymmetri, lämnar ett litet överskott av material bakom sig. Så vart tog all antimateria vägen? Vi vet helt enkelt inte - det här är ett av fysikens största mysterier.

Det finns ingen förklaring till denna asymmetri, i själva verket kan vi inte förklara hur vi kan vara här, eftersom denna asymmetri krävs för att det universum vi vet ska existera.

Trots många livstider av noggrann observation av himlen, hittills har inga ledtrådar hittats för att berätta varför det finns denna asymmetri mellan materia och antimateria. Många forskare har på olika sätt tittat på antimateria, att försöka lösa upp om det finns någon grundläggande skillnad mellan det och materia som kunde ha orsakat denna asymmetri. Den traditionella metoden är att titta på resultaten av höga energikrockar, till exempel genom att använda den stora hadronkollidern vid CERN. Dock, vi letar nu efter ett mycket lovande alternativ till detta.

Väte är det mest förekommande ämnet i universum och består av bara en elektron och en proton. Det är rättvist att säga att det är det bäst förstådda systemet inom fysik, både experimentellt och teoretiskt. Det spelade också en nyckelroll i de upptäckter som ledde till kvantmekanik. De inre egenskaperna hos väte har studerats till svindlande precision med hjälp av lasrar, och energiskillnaden mellan dess marktillstånd och det första upphetsade tillståndet - där det har överskottsenergi - är känt i detalj. Det liknar en gitarrsträng - dess grundtillstånd betyder att strängen inte vibrerar och ett upphetsat tillstånd betyder att det är det. Ju mer det vibrerar, desto mer upphetsad är den.

I mer än 30 år har forskare har arbetat med att avslöja mysteriet med antimateria med hjälp av väteväte, och vi har precis fått ett stort genombrott.

Det vi just har gjort är att lysa laserljus på fångade vätgasatomer och excitera dem till sitt första upphetsade tillstånd. Vi kan studera deras beteende när de får energi från laserljuset (bli upphetsade). Så småningom, de går sönder - det var så vi kunde se att de hade absorberat energin.

En anledning till att det har varit så svårt att göra detta är att antimateria alltid förintas när det möter materia. Detta gör det utmanande att lagra - du kan inte bara lägga det i en flaska. Dock, vi har redan lyckats tillverka och hålla kvar vätgas med hjälp av en rad elektromagneter som kan begränsa det, som tillät oss att göra denna forskning.

Denna allra första mätning gör att vi kan jämföra väte och väteväte med oöverträffad precision - ja, det är den mest exakta jämförelsen av en atom och en antiatom som någonsin gjorts.

Med hjälp av denna mätning, de ser identiska ut, och även om det var att vänta, det är den första experimentella bekräftelsen. Tills vidare, mysteriet med det svårfångade antimaterialet fortsätter - men det är något vi fortsätter att driva.

Denna artikel publicerades ursprungligen på The Conversation. Läs originalartikeln.