מאז הוצע קיומו של אנטי-חומר בראשית המאה העשרים, מדענים ניסו להבין כיצד מתייחסים לחומר רגיל, ומדוע קיים חוסר איזון לכאורה בין השניים ביקום. לשם כך, מחקר פיזיקת החלקיקים בעשורים האחרונים התמקד באנטי-חלקיק של האטום היסודי והשופע ביותר ביקום - החלקיק האנטי-מימן.
עד לאחרונה זה היה קשה מאוד, מכיוון שמדענים הצליחו לייצר אנטי-מימן, אך לא הצליחו לחקור אותו זמן רב לפני שהוא השמיד. אך על פי המחקר שפורסם לאחרונה ב טבע, צוות שהשתמש בניסוי ALPHA הצליח להשיג את המידע הספקטרלי הראשון בנושא אנטי-מימן. הישג זה, שהיה 20 שנה לתפקודו, יכול היה לפתוח עידן חדש לחלוטין של מחקר בנושא אנטי-חומר.
מדידת האופן בו אלמנטים קולטים או פולטים אור - כלומר ספקטרוסקופיה - היא היבט עיקרי בפיזיקה, כימיה ואסטרונומיה. לא זו בלבד שהיא מאפשרת למדענים לאפיין אטומים ומולקולות, היא מאפשרת לאסטרופיסיקאים לקבוע את הרכב הכוכבים הרחוקים על ידי ניתוח ספקטרום האור שהם פולטים.
בעבר נערכו מחקרים רבים בספקטרום המימן המהווה בערך 75% מכל המסה הבריונית ביקום. אלה מילאו תפקיד חיוני בהבנתנו את החומר, האנרגיה וההתפתחות של דיסציפלינות מדעיות מרובות. אך עד לאחרונה, לימוד הקשת של החלקיקים האנטי-חלקיקים שלו היה קשה להפליא.
בתור התחלה, זה דורש כי החלקיקים המהווים אנטי-מימן - אנטי-פרוטונים ופוזיטרון (אנטי-אלקטרונים) - יתפסו ויקררו כך שהם יתאחדו זה בזה. בנוסף, לאחר מכן יש צורך לשמור על חלקיקים אלה מספיק זמן בכדי לשמור על התנהגותם, לפני שהם בלתי נמנעים ליצור קשר עם חומר רגיל ולהשמיד.
למרבה המזל, הטכנולוגיה התקדמה בעשורים האחרונים עד לנקודה בה ניתן כיום מחקר על אנטי-חומר, ובכך נותנת למדענים את ההזדמנות להסיק אם הפיזיקה העומדת מאחורי האנטי-חומר עולה בקנה אחד עם המודל הסטנדרטי או חורגת ממנה. כפי שצוות המחקר של CERN - שהובל על ידי ד"ר אחמדי מהמחלקה לפיזיקה באוניברסיטת ליברפול - ציין במחקרם:
"המודל הסטנדרטי מנבא שהיה צריך להיות כמויות שוות של חומר ואנטי-חומר ביקום הקדמוני לאחר המפץ הגדול, אך נראה כי היקום של היום מורכב כמעט כולו מחומר רגיל. זה מניע את הפיזיקאים ללמוד בזהירות אנטי-חומר, לבדוק אם יש אסימטריה קטנה בחוקי הפיזיקה השולטים בשני סוגי החומר. "
החל משנת 1996 נערך מחקר זה באמצעות ניסוי AnTiHydrogEN Apparatus (ATHENA), חלק מהמתקן CERN Antiproton Decelerator. ניסוי זה היה אחראי לכידת אנטי-פרוטונים ופוזיטרונים, ואז קירורם עד לנקודה בה הם יכולים לשלב ליצירת אנתידרוגן. מאז 2005 הפכה משימה זו לאחריות יורשו של אתנה, ניסוי ה- ALPHA.
בעזרת מכשירים מעודכנים, ALPHA לוכדת אטומים של נוגדי-מימן נייטרלי ומחזיקה אותם למשך תקופה ארוכה יותר לפני שהם בהכרח משמידים. במהלך תקופה זו, צוותי מחקר מבצעים ניתוח ספקטרוגרפי באמצעות הלייזר האולטרה-סגול של ALPHA כדי לבדוק אם האטומים מצייתים לאותם חוקים כמו אטומי מימן. כפי שהסביר ג'פרי האנגסט, דובר שיתוף הפעולה של ALPHA בעדכון CERN:
"שימוש בלייזר בכדי לראות מעבר באנטי-מימן ולהשוות אותו למימן כדי לבדוק אם הם מצייתים לאותם חוקי הפיזיקה, הייתה תמיד מטרה מרכזית במחקר אנטי-חומר ... העברת קלטות ומלכודות של אנטי-פרוטונים או פוזיטרונים היא קלה מכיוון שהם חלקיקים טעונים. אבל כשאתה משלב בין השניים אתה מקבל אנטי-מימן נייטרלי, שהוא הרבה יותר קשה ללכוד, ולכן עיצבנו מלכודת מגנטית מאוד מיוחדת שנשענת על העובדה שאנטי-מימן הוא קצת מגנטי. "
בכך הצליח צוות המחקר למדוד את תדירות האור הדרושה בכדי לגרום לפוזיטרון לעבור מרמת האנרגיה הנמוכה שלו לאחרת. מה שהם מצאו היה כי (בגבולות הניסוי) אין הבדל בין הנתונים הספקטרליים האנטי-מימןיים לבין הנתונים של המימן. תוצאות אלה מהוות ראשית ניסוי, מכיוון שהן התצפיות הספקטרליות הראשונות שנעשו אי פעם מאטום אנטי-מימן.
מלבד אפשרות לראשונה לבצע השוואה בין חומר לאנטי-חומר, תוצאות אלה מראות כי התנהגותו של האנטי-חומר - ביחס לתכונותיו הספקטרוגרפיות - עולה בקנה אחד עם המודל הסטנדרטי. באופן ספציפי, הם עולים בקנה אחד עם מה שמכונה סימטריה Charge-Parity-Time (CPT).
תיאוריית סימטריה זו, שהיא בסיסית לפיזיקה מבוססת, מנבאת שרמות האנרגיה בחומר ואנטי-חומר יהיו זהות. כפי שהסביר הצוות במחקרם:
"ביצענו את המדידה הראשונה-ספקטרוסקופית בלייזר על אטום של אנטי-חומר. זה זמן רב הישג מבוקש בפיזיקה אנטי-חומר אנטי-חומר. זה מסמן נקודת מפנה מניסויים הוכחת עקרון למטרולוגיה רצינית והשוואות CPT מדויקות תוך שימוש בספקטרום האופטי של אנטי אטום. התוצאה הנוכחית ... מדגימה שבדיקות של סימטריות יסודיות עם אנטי-חומר ב- AD מתבגרות במהירות. "
במילים אחרות, האישור כי לחומר ולאנטי-חומר יש מאפיינים ספקטרליים דומים הוא עוד אינדיקציה לכך שהמודל הסטנדרטי מחזיק מעמד - בדיוק כמו שגילתה של היגס בוסון בשנת 2012. זה גם הדגים את היעילות של ניסוי ALPHA בלכידת חלקיקים אנטי-חומר, אשר יועיל לניסויים אנטי-מימן אחרים.
באופן טבעי, החוקרים ב- CERN התלהבו מאוד מהממצא הזה, וצפויים להיות לו השלכות דרסטיות. מעבר להציע אמצעי חדש לבדיקת הדגם הסטנדרטי, הוא גם צפוי לעשות דרך ארוכה לקראת עזרה למדענים להבין מדוע יש חוסר איזון בין חומר לחומר ביקום. עוד צעד מכריע לגלות בדיוק כיצד התרחש היקום כפי שאנו מכירים.
