นับตั้งแต่มีการเสนอปฏิสสารในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 นักวิทยาศาสตร์ได้พยายามที่จะเข้าใจว่าเกี่ยวข้องกับเรื่องปกติอย่างไรและทำไมจึงมีความไม่สมดุลระหว่างทั้งสองในจักรวาล ในการทำเช่นนี้การวิจัยฟิสิกส์ของอนุภาคในช่วงไม่กี่ทศวรรษที่ผ่านมาได้มุ่งเน้นไปที่การต่อต้านอนุภาคของอะตอมที่พื้นฐานและอุดมสมบูรณ์ที่สุดในจักรวาลซึ่งเป็นอนุภาคต่อต้านแอนโดรเจน
จนกระทั่งเมื่อเร็ว ๆ นี้สิ่งนี้เป็นเรื่องยากมากเนื่องจากนักวิทยาศาสตร์สามารถผลิตแอนไฮโดรเจนได้ แต่ไม่สามารถศึกษาได้นานก่อนที่มันจะวินาศ แต่จากการศึกษาล่าสุดที่ตีพิมพ์ใน ธรรมชาติ, ทีมที่ใช้การทดสอบอัลฟาก็สามารถรับข้อมูลสเปกตรัมแรกเกี่ยวกับแอนไฮโดรเจน ความสำเร็จนี้ซึ่งเป็นเวลา 20 ปีในการสร้างสามารถเปิดศักราชใหม่ของการวิจัยสู่ปฏิสสาร
การวัดว่าองค์ประกอบดูดซับหรือปล่อยแสง - เช่นสเปคโทรสโกป - เป็นส่วนสำคัญของฟิสิกส์เคมีและดาราศาสตร์ ไม่เพียง แต่จะทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถจำแนกลักษณะของอะตอมและโมเลกุลเท่านั้น แต่ยังช่วยให้นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์สามารถกำหนดองค์ประกอบของดาวฤกษ์ที่อยู่ห่างไกลได้โดยการวิเคราะห์สเปกตรัมของแสงที่ปล่อยออกมา
ในอดีตการศึกษาจำนวนมากได้ดำเนินการในสเปกตรัมของไฮโดรเจนซึ่งคิดเป็นประมาณ 75% ของมวล baryonic ทั้งหมดในจักรวาล สิ่งเหล่านี้มีบทบาทสำคัญในการทำความเข้าใจเรื่องพลังงานและวิวัฒนาการของศาสตร์ทางวิทยาศาสตร์หลายอย่าง แต่จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้การศึกษาสเปคตรัมของการต่อต้านอนุภาคนั้นยากอย่างไม่น่าเชื่อ
สำหรับสตาร์ตเตอร์นั้นต้องการอนุภาคที่เป็นสารต่อต้านแอนโดรเจน - แอนติโปรตรอนและโพสิตรอน (แอนตี้ - อิเล็กตรอน) - ถูกจับและระบายความร้อนเพื่อให้พวกมันมารวมตัวกัน นอกจากนี้ยังมีความจำเป็นต้องรักษาอนุภาคเหล่านี้ไว้นานพอที่จะสังเกตพฤติกรรมก่อนที่จะหลีกเลี่ยงการสัมผัสกับสารปกติและทำลายล้าง
โชคดีที่เทคโนโลยีมีความก้าวหน้าในช่วงไม่กี่ทศวรรษที่ผ่านมาจนถึงจุดที่การวิจัยปฏิสสารเป็นไปได้ในขณะนี้ดังนั้นนักวิทยาศาสตร์จึงมีโอกาสสรุปได้ว่าฟิสิกส์ที่อยู่เบื้องหลังปฏิสสารนั้นสอดคล้องกับแบบจำลองมาตรฐานหรือไปไกลกว่านั้น ในฐานะที่เป็นทีมวิจัย CERN ซึ่งนำโดยดร. อาห์มาดีจากภาควิชาฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัยลิเวอร์พูลระบุไว้ในการศึกษาของพวกเขา:
“ แบบจำลองมาตรฐานทำนายว่าน่าจะมีสสารและปฏิสสารเท่ากันในเอกภพยุคแรกหลังจากบิ๊กแบง แต่จักรวาลในทุกวันนี้พบว่าเกือบทั้งหมดเป็นเรื่องธรรมดา สิ่งนี้กระตุ้นให้นักฟิสิกส์ศึกษาปฏิสสารอย่างระมัดระวังเพื่อดูว่ามีความไม่สมดุลเล็กน้อยในกฎของฟิสิกส์ที่ควบคุมสสารสองประเภทหรือไม่”
เริ่มต้นในปี 1996 การวิจัยนี้ดำเนินการโดยใช้การทดลองของ AnTiHydrogEN Apparatus (ATHENA) ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของโรงงานผลิต CERN Antiproton Decelerator การทดลองนี้มีความรับผิดชอบในการจับแอนตีโปรตรอนและโพสิตรอนจากนั้นทำให้มันเย็นลงจนถึงจุดที่พวกมันสามารถรวมกันเพื่อสร้างแอนโธไดโตเจน ตั้งแต่ปี 2005 งานนี้ได้กลายเป็นความรับผิดชอบของ ATHENA ในการสืบทอดการทดลองของ ALPHA
เมื่อใช้เครื่องมือที่ทันสมัยอัลฟาจะจับอะตอมของแอนติเจนที่เป็นกลางและเก็บไว้เป็นเวลานานก่อนที่พวกมันจะทำลายล้างอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ในระหว่างนี้ทีมวิจัยทำการวิเคราะห์ทางสเปกโตรกราฟโดยใช้เลเซอร์อัลตราไวโอเลตของ ALPHA ในฐานะที่เป็นเจฟฟรีย์ Hangst โฆษกของการทำงานร่วมกันของ ALPHA อธิบายในการปรับปรุงเซิร์น:
“ การใช้เลเซอร์เพื่อสังเกตการเปลี่ยนแปลงของแอนไฮโดรเจนและเปรียบเทียบกับไฮโดรเจนเพื่อดูว่าพวกเขาเชื่อฟังกฎหมายฟิสิกส์แบบเดียวกันหรือไม่นั้นเป็นเป้าหมายสำคัญของการวิจัยปฏิสสาร แต่เมื่อคุณรวมสองสิ่งเข้าด้วยกันคุณจะได้รับแอนโดรเจนไฮโดรเจนที่เป็นกลางซึ่งยากกว่าการดักจับดังนั้นเราจึงได้ออกแบบกับดักแม่เหล็กที่พิเศษมากซึ่งขึ้นอยู่กับข้อเท็จจริงที่ว่าแอนติเจนนั้นเป็นแม่เหล็กเล็กน้อย”
ในการทำเช่นนั้นทีมวิจัยสามารถวัดความถี่ของแสงที่จำเป็นเพื่อให้โพซิตรอนเปลี่ยนจากระดับพลังงานต่ำสุดไปเป็นระดับถัดไป สิ่งที่พวกเขาพบคือ (ภายในขอบเขตการทดลอง) ไม่มีความแตกต่างระหว่างข้อมูลสเปกตรัมแอนติออกเจนกับไฮโดรเจน ผลลัพธ์เหล่านี้เป็นการทดลองครั้งแรกเนื่องจากเป็นครั้งแรกที่มีการสังเกตการณ์สเปกตรัมจากอะตอมแอนติเจน
นอกเหนือจากการอนุญาตให้ทำการเปรียบเทียบระหว่างสสารกับปฏิสสารเป็นครั้งแรกผลลัพธ์เหล่านี้แสดงให้เห็นว่าพฤติกรรมของแอนทายแมทเทอร์ซึ่งเป็นลักษณะทางสเปกโตรกราฟของมันนั้นสอดคล้องกับโมเดลมาตรฐาน โดยเฉพาะพวกเขาจะสอดคล้องกับสิ่งที่เรียกว่าสมมาตร Charge-Parity-Time (CPT)
ทฤษฎีสมมาตรนี้ซึ่งเป็นพื้นฐานของฟิสิกส์ที่จัดตั้งขึ้นคาดการณ์ว่าระดับพลังงานในสสารและปฏิสสารจะเท่ากัน ตามที่ทีมอธิบายไว้ในการศึกษา:
“ เราได้ทำการตรวจวัดด้วยเลเซอร์ - สเปกโทรสโกปีเป็นครั้งแรกในอะตอมของปฏิสสาร นี่เป็นความสำเร็จที่ต้องการในฟิสิกส์ปฏิสสารของพลังงานต่ำ มันเป็นจุดเปลี่ยนจากการทดลองพิสูจน์หลักมาตรวิทยาอย่างจริงจังและการเปรียบเทียบ CPT ที่มีความแม่นยำโดยใช้สเปกตรัมแสงของสารต่อต้านอะตอม ผลในปัจจุบัน…แสดงให้เห็นว่าการทดสอบสมมาตรขั้นพื้นฐานที่มีปฏิสสารที่ AD นั้นจะเติบโตอย่างรวดเร็ว”
กล่าวอีกนัยหนึ่งการยืนยันว่าสสารและปฏิสสารนั้นมีลักษณะทางสเปกตรัมที่คล้ายกันเป็นอีกสิ่งที่บ่งชี้ว่าแบบจำลองมาตรฐานถือครอง - เช่นเดียวกับการค้นพบของ Higgs Boson ในปี 2012 นอกจากนี้ยังแสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพของการทดลอง ALPHA ในการดักจับอนุภาคแอนทายแมทเทอร์ซึ่งจะเป็นประโยชน์ต่อการทดลองต่อต้านแอนโดรเจนอื่น ๆ
โดยธรรมชาติแล้วนักวิจัยของ CERN รู้สึกตื่นเต้นมากกับการค้นพบนี้และคาดว่าจะมีความหมายที่รุนแรง นอกเหนือจากการเสนอวิธีการใหม่ในการทดสอบแบบจำลองมาตรฐานแล้วเรายังคาดหวังว่าจะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจว่าทำไมความไม่สมดุลของแอนทายแมทเทอร์ในจักรวาล อีกก้าวสำคัญในการค้นพบว่าจักรวาลเป็นอย่างไรเมื่อเรารู้ว่ามันมาถึง
