Antimaterian ja materian symmetriaa voi pian tutkia kokeellisesti.

Tutkijat Cernissä ovat onnistuneet tuottamaan antivetyatomeita kontrolloidulla tavalla. Naturessa julkaistu saavutus avaa mahdollisuuden luonnon perustavien symmetrioiden tarkkuustestiin.

Antivetyä on saatu Cernissä matalilla energioilla aikaan jo vuodesta 2002 alkaen, mutta tähän mennessä näitä neutraaleja atomeita ei ole pystytty saamaan kontrolliin, minkä takia niiden spektriä ei ole voitu kunnolla tutkia. Antivedyssä on protonin paikalla antiprotoni, jota elektronin sijaan kiertää positroni.

Hiukkasfysiikan standardimallin mukaan fysiikan lait tuottavat tiettyjä symmetrioita. Yksi näistä symmetrioista on, että antivedyn spektrin pitäisi olla sama kuin vedyn.

Århusin yliopiston tutkija Jeffrey Hangst kollegoineen raportoivat saaneensa aikaan ja tunnistettua 38 antivetyatomia.

Uusiin menetelmiin, jotka tekivät tämän mahdolliseksi, kuului muun muassa positronien ja antiprotonien jäähdyttäminen alle puolen kelvinin lämpötilaan sekä magneettinen loukku, joka nappaa neutraaleja atomeita vuorovaikuttamalla niiden magneettisten momenttien kanssa.

[2] Physics: Antihydrogen in captivity (AOP) 

 

DOI: 10.1038/nature09610

 

***This paper will be published electronically on Nature's website on 17 November at 1800 London time / 1300 US Eastern Time (which is also when the embargo lifts) as part of our AOP (ahead of print) programme. Although we have included it on this release to avoid multiple mailings it will not appear in print on 18 November, but at a later date. ***

 

An experiment at CERN, the European Organization for Nuclear Research, has demonstrated the trapping and controlled release of atoms of antihydrogen. The achievement, reported in this week’s Nature, opens the door to precision tests of nature’s fundamental symmetries.

            The standard model of particle physics invokes the existence of some basic symmetries in the operation of physical laws. According to these symmetries, the spectrum of antihydrogen — the bound state of an antiproton and a positron — should be identical to that of hydrogen. Antihydrogen has been produced at low energies at CERN since 2002, but until now it has not been possible to confine these neutral atoms, preventing detailed study of the spectrum.

            Jeffrey Hangst and colleagues now report the trapping and subsequent detection of 38 atoms of antihydrogen, and describe some of the technical innovations that have made this possible. These include ways to cool the positrons and antiprotons sufficiently to form anti-atoms with effective temperatures of less than about half a kelvin and a newly designed magnetic trap that confines the neutral atoms by interacting with their magnetic moments. With further work, both the trapping time (currently at least 170 milliseconds) and the fraction of atoms trapped (about 0.005%) should increase.

CONTACT

Jeffrey Hangst (Aarhus University, Denmark)

Tel: +41 76 487 4589; E-mail: jeffrey.hangst@cern.ch

Musiikki soi aivoissa kaikkialla. Kuva: Getty Images

Kansien kärkitilan nappasi koira.

Tiede-lehden lukijat ovat antaneet vuosipalautteensa eli äänestäneet vuoden 2017 jutut ja kannet.

Tänä vuonna Tieteessä julkaistiin 76 artikkelia. Kannatus jakautui laajalti, mutta kolmen kärki oli hyvin tasainen. Sijat ratkesivat muutamilla äänillä.

Vuoden jutut

1.  Aivot rakastavat musiikkia

Artikkeli kertoi, kuinka musiikki on paljon muutakin kuin kuuntelunautinto. Musiikkiharrastus vahvistaa aivoja ja kehittää kognitiivisia valmiuksia keskittymiskyvystä muistiin ja älyyn.

Artikkeli ilmestyi numerossa 11/2017. Kirjoittajat olivat tiedetoimittajat Panu Räty ja Kirsi Heikkinen.

2. Mitä koira näkee sinussa?

Artikkeli kysyi, miten paras ystävämme suhtautuu meihin ja mitä se meidän mielenliikkeistämme ja tekemisistämme tajuaa.

Artikkeli ilmestyi numerossa 6/2017. Kirjoittaja oli tiedetoimittaja Maija Karala.

3. Elämän suurimmat arvoitukset

Artikkeli kysyi, mitä nykytiede sanoo maailman pohdituimmista asioista, kuten tietoisuuden olemuksesta ja elämän tarkoituksesta.

Artikkeli ilmestyi numerossa 2/2017. Kirjoittajat olivat New Scientist -lehden tiedetoimittajia.

 

Lue Digilehdet.fi:ssä

Jos olet jonkin Sanoman aikakauslehden tilaaja, voit lukea voittoisat artikkelit Digilehdet-palvelussa kirjautumalla tilaajatunnuksillasi alla olevista linkeistä.

Ellet ole vielä aktivoinut digilukuominaisuutta, tee se osoitteessa https://oma.sanoma.fi/aktivoi/digilehdet.

 

Vuoden kannet

Tasainen oli myös kansiäänestys. Lämpenevän luonnon maapallojäätelö ja Eurooppaa valtaava susi hävisivät vain hienoisesti koiralle.

Äänestyksen voittajat

Arvonnassa muhkean tietokirjapaketin voittivat

Jaakko Rantanen, Hämeenlinna

Nikolas Uso, Helsinki

Veera Vedenpää, Teerijärvi

 

Muinainen punkki jäi meripihkaan. Kuva on tutkimuksesta.
Muinainen punkki jäi meripihkaan. Kuva on tutkimuksesta.

Punkilla on ikää sata miljoonaa vuotta.

Meripihkaan kivettyneet eläimet ovat melkein kuin valokuvia dinosaurusten ajasta. Nyt Myanmarista on löytynyt kivettynyttä meripihkaa, jonka sisällä on ikivanha punkki.

Pieni otus on imenyt itsensä täyteen dinosauruksen verta ja tarraa yhä kiinni dinosauruksen sulkaan. Muinaisen havupuun pihkaan on ikuistunut hetki sadan miljoonan vuoden takaa.

Meripihkasta on löytynyt aiemmin vanhempiakin ötököitä ja esimerkiksi kokonainen muinainen linnunpoikanen. Nyt löytynyt punkki on ensimmäinen suora todiste siitä, että nämä verenimijät kiusasivat myös muinaisia eläimiä.

Toki tiedetään, että punkkeja oli olemassa jo yli 200 miljoonaa vuotta sitten. On kuitenkin harvinaista, että sekä loiseläin ja kappale sen isäntää ovat kivettyneet samaan pihkanpalaseen.

Tutkijat eivät voi olla täysin varmoja, kuuluiko meripihkaan jämähtänyt sulka dinosaurukselle vai eräälle esihistorialliselle linnulle.

Tiedetään, että useat teropodien alalahkoon kuuluneet dinosaurukset olivat höyhenpeitteisiä. Teropodien kuuluisin edustaja on Tyrannosaurus rex. Teropodeista kehittyivät myös nykyiset linnut.

Pihkasta löytynyt punkki on tieteelle uusi ilmestys. Se edustaa aiemmin tuntematonta punkkilajia ja tutkijat antoivat sille nimeksi Deinocroton draculi, Draculan hirmuinen punkki.

Havupuun pihkaan on tarttunut muutakin kiintoisaa. Tutkijat löysivät useita meripihkaan kivettyneitä punkkeja, ja osaan niistä näyttää tarttuneen pieniä karvoja. Näiden karvojen tutkijat arvelevat olevan peräisin erään kuoriaislajin toukasta.

Nämä toukat elävät nykyäänkin lintujen ja nisäkkäiden pesissä ja popsivat pesänhaltijasta varisevaa kuollutta ihosolukkoa ja sulkia. Kun toukkia on paljon, niistä irtoilevat karvat voivat muodostaa pesän pohjalle maton.

Niinpä tutkijat päättelevät, että punkit ovat vierailleet jonkin sulkapeitteisen dinosauruksen pesässä, missä niihin on myös takertunut näitä toukkien karvoja.

Verenimijät karvoineen ja dinosauruksesta tai linnusta irronnut sulka ovat sitten jämähtäneet kiinni puun pihkaan, joka sopivissa olosuhteissa kivettyy ja vuosimiljoonien saatossa kerrostuu merenpohjaan.

Vaikka yksi punkeista on täynnä verta, joka mahdollisesti on peräisin dinosauruksesta, ei ole toivoakaan, että näistä muinaisjäänteistä saataisiin dinosauruksen dna:ta. Perimäaines ei säily ehjänä siinä kivettymisprosessissa, jossa meripihka muodostuu.

Tutkimuksen julkaisi Nature Communications.