Swansea University-forskare som arbetar vid CERN har publicerat en studie som beskriver ett genombrott inom antiväteforskning.

Forskarna arbetade som en del av ALPHA-samarbetet som består av forskare och grupper från över ett dussin institutioner från hela världen, med den brittiska kontingenten ledd av Swansea Universitys professor Mike Charlton.

Forskningen, finansierat av EPSRC, erhölls med hjälp av apparater vid Antiproton Decelerator-anläggningen vid CERN, och har publicerats i Natur tidning.

Experimentet

ALPHA-teamets experiment visar hur forskarna förbättrade effektiviteten i syntesen av antiväte, och för första gången lyckades ackumulera antiatomerna, vilket har gett större utrymme i deras experiment.

Professor Charlton sa:"När en exciterad atom slappnar av, den avger ljus med en karakteristisk färg, den gula färgen på natriumgatlyktor är ett vardagligt exempel på detta. När atomen är väte, som är en enkel elektron och en enda proton, och den exciterade elektronen sönderfaller till det lägsta energitillståndet från ett högre, den diskreta serien av ultraviolett ljus som sänds ut bildar Lyman-serien, som är uppkallad efter Theodore Lyman som först observerade detta för över 100 år sedan.

"Närvaron av dessa diskreta linjer bidrog till att etablera teorin om kvantmekanik som styr världen på atomnivå och är en av hörnstenarna i modern fysik.

"Lyman-alfa-linjen är av grundläggande betydelse inom fysik och astronomi. Till exempel, observationer inom astronomi om hur linjen från avlägsna sändare förskjuts till längre våglängder (känd som rödförskjutning), ger oss information om hur universum utvecklas, och tillåter testmodeller som förutsäger dess framtid"

Detta experiment är första gången Lyman-alfa-övergången sker - när väteelektronen övergår mellan det så kallade 1S- och 2P-tillståndet, emitterande eller absorberande UV-ljus med en våglängd på 121,6 nm—har observerats i antiväte. Antiväte är antimateriamotsvarigheten till väte, och består av en enda anti-proton och en enda anti-elektron med den senare partikeln även känd som en positron.

Exciterade atomer

För detta experiment, fysikerna samlade cirka 500 antiväteatomer i fällan. Om de inte gjorde något, de kunde hålla dessa atomer för många, många, timmar utan förlust. Dock, genom att belysa de fångade atomerna med olika färger av UV-ljus, teamet kunde driva Lyman-alfa-övergången och excitera antiväteatomerna.

Dessa exciterade atomer är inte längre fångade i apparaten och, består av antimateria, omedelbart förinta med utrustningens omgivande material och detekteras.

Denna observation är signifikant eftersom det är ännu ett test av en egenskap hos antiväte som stämmer väl överens med den hos väte. Det är också ett viktigt steg mot produktionen av ultrakalla antiväteatomer, vilket avsevärt kommer att förbättra förmågan att kontrollera, manipulera och utföra ytterligare precisionsstudier på antiatomen.

Professor Charlton sa:"Detta representerar ytterligare ett landmärke inom atomfysik, vilket borde öppna vägen för manipulation av kinetiska energier hos de fångade antiatomerna

"Medan studier har fortsatt vid Antiproton Decelerator-anläggningen vid CERN, ytterligare förfina dessa mätningar och använda teknikerna för att förbättra vår förståelse av antiväte genom spektroskopi, ALPHA-teamet kommer att modifiera apparaten för att studera effekten av jordens gravitation på antiatomen. De närmaste månaderna kommer att bli en spännande tid för alla berörda."