Физики измерили тонкое расщепление и лэмбовский сдвиг энергетических состояний атома антиводорода — они оказались такими же, что и у обычного водорода. Данные характеристики состояний позволяют искать различия между материей и антиматерией.

Новые измерения устанавливают еще более строгие ограничения на нарушение CPT-симметрии, поэтому отсутствие антиматерии во Вселенной по-прежнему остается без объяснения, пишут авторы в журнале Nature. У всех элементарных частиц существуют частицы-партнеры с обратными знаками зарядов — античастицы. В некоторый случаях частица и античастица совпадают (например, фотон), а других — отличаются (например, электрон и позитрон), а при взаимодействии аннигилируют с выделением энергии.

Большинство физических законов действуют идентично на частицы и античастицы, однако на больших масштабах нет никаких признаков сосуществования двух видов материи. Факт столь значительного преобладания обычного вещества называется барионной асимметрией Вселенной. На данный момент не предложено исчерпывающей теории, объясняющей это наблюдение.

Одно из направлений исследований в этой сфере — поиск нарушения комбинированной CPT-симметрии, то есть эквивалентности физических процессов при одновременной инверсии всех зарядов, зеркального отражения пространства и обращения хода времени. Теоретически нарушение этой симметрии во время Большого взрыва может быть ответственным за нехватку антиматерии.

На нарушение CPT-симметрии могут указать как исследования отдельных частиц, таких как нейтральные каоны, позитроны и антипротоны (во всех случаях отклонения найти не удалось), так и сравнение материи с антиматерией. Для этого ученые исследуют электромагнитные спектры соответствующих веществ. С одной стороны, определяющие спектр энергии состояний зависят от множества факторов, а с другой — в случае простейших систем их можно с высокой точностью рассчитать теоретически. Также из-за практических проблем с содержанием антиматерии намного легче изучать простые системы.

Джеффри Хангст (Jeffrey Hangst) из Орхусского университета в Дании и его коллеги из CERN в рамках эксперимента ALPHA измерили новую характеристику спектра состоящего из антипротона и позитрона антиводорода — лэмбовский сдвиг. Этот феномен отвечает за небольшое смещение энергетических уровней из-за взаимодействия с нулевыми квантовыми флуктуациями вакуума. Данный эффект известен для обычного водорода, он может быть как измерен, так и теоретически вычислен. Оказалось, что в пределах погрешности у антиводорода лэмбовский сдвиг по величине не отличается.