Antihydrogen
એન્ટિહાઇડ્રોજન () એ હાઇડ્રોજનનું એન્ટિમેટર પ્રતિરૂપ છે. જ્યારે સામાન્ય હાઇડ્રોજન અણુ ઇલેક્ટ્રોન અને પ્રોટોનથી બનેલો હોય છે, ત્યારે એન્ટિહાઇડ્રોજન અણુ પોઝિટ્રોન અને એન્ટિપ્રોટોનથી બનેલો હોય છે. વૈજ્ઞાનિકો આશા રાખે છે કે એન્ટિહાઇડ્રોજનનો અભ્યાસ અવલોકનક્ષમ બ્રહ્માંડમાં એન્ટિમેટર કરતાં વધુ દ્રવ્ય શા માટે છે તે પ્રશ્ન પર પ્રકાશ પાડી શકે છે, જેને બેરિયોન અસમપ્રમાણતા સમસ્યા તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. એન્ટિહાઇડ્રોજન કણ પ્રવેગકોમાં કૃત્રિમ રીતે ઉત્પન્ન થાય છે. પ્રાયોગિક ઇતિહાસ પ્રવેગકોએ સૌપ્રથમ 1990ના દાયકામાં ગરમ એન્ટિહાઇડ્રોજનની શોધ કરી હતી. એથેનાએ 2002માં શરદીનો અભ્યાસ કર્યો હતો. તે સૌપ્રથમ 2010 માં CERN ખાતે એન્ટિહાઇડ્રોજન લેસર ફિઝિક્સ એપરેટસ (ALPHA) ટીમ દ્વારા પકડવામાં આવ્યું હતું, જેમણે પછી માળખું અને અન્ય મહત્વપૂર્ણ ગુણધર્મોને માપ્યા હતા. આલ્ફા, એજિસ અને જી. બી. એ. આર. અણુઓને વધુ ઠંડુ કરવા અને અભ્યાસ કરવાની યોજના ધરાવે છે. 1s-2s સંક્રમણ માપન 2016 માં, આલ્ફા પ્રયોગે એન્ટિહાઇડ્રોજનના બે સૌથી નીચા ઉર્જા સ્તરો, 1s-2s વચ્ચેના અણુ ઇલેક્ટ્રોન સંક્રમણને માપ્યું હતું. પરિણામો, જે પ્રાયોગિક રીઝોલ્યુશનમાં હાઇડ્રોજનના સમાન છે, તે દ્રવ્ય-પદાર્થ સમપ્રમાણતા અને CPT સમપ્રમાણતાના વિચારને ટેકો આપે છે. ચુંબકીય ક્ષેત્રની હાજરીમાં 1s-2s સંક્રમણ સહેજ અલગ આવર્તન સાથે બે હાયપરફાઇન સંક્રમણોમાં વિભાજિત થાય છે. ટીમે બંધન વોલ્યુમમાં ચુંબકીય ક્ષેત્ર હેઠળ સામાન્ય હાઇડ્રોજન માટે સંક્રમણ આવર્તનની ગણતરી આ રીતે કરીઃ fdd = fcc = s સ્થિતિઓ વચ્ચે એકલ-ફોટોન સંક્રમણ ક્વોન્ટમ પસંદગી નિયમો દ્વારા પ્રતિબંધિત છે, તેથી ગ્રાઉન્ડ સ્ટેટ પોઝિટ્રોનને 2s સ્તર સુધી વધારવા માટે, બંધનની જગ્યા લેસર દ્વારા પ્રકાશિત કરવામાં આવી હતી જે ગણતરી કરેલ સંક્રમણ આવર્તનના અડધા સુધી ટ્યુન કરવામાં આવી હતી, જે બે ફોટોન શોષણને ઉત્તેજીત કરે છે. 2s સ્થિતિમાં ઉત્તેજિત થયેલા એન્ટિહાઇડ્રોજન પરમાણુઓ પછી ઘણી રીતોમાંથી એકમાં વિકસિત થઈ શકે છેઃ તેઓ બે ફોટોનનું ઉત્સર્જન કરી શકે છે અને સીધા જ જમીનની સ્થિતિમાં પાછા આવી શકે છે જેમ તેઓ હતા તેઓ અન્ય ફોટોનને શોષી શકે છે, જે અણુને આયનીકરણ કરે છે તેઓ એક જ ફોટોનનું ઉત્સર્જન કરી શકે છે અને 2p સ્થિતિ દ્વારા જમીનની સ્થિતિમાં પાછા આવી શકે છે-આ કિસ્સામાં પોઝિટ્રોન સ્પિન પલટી શકે છે અથવા તે જ રહી શકે છે. આયનીકરણ અને સ્પિન-ફ્લિપ પરિણામો બંને અણુને કેદમાંથી છટકી જવાનું કારણ બને છે. ટીમે ગણતરી કરી હતી કે, એન્ટિહાઇડ્રોજન સામાન્ય હાઇડ્રોજનની જેમ વર્તે છે એમ ધારીને, નો-લેસર કેસની સરખામણીમાં, રેઝોનન્ટ ફ્રિક્વન્સી એક્સપોઝર દરમિયાન આશરે અડધા એન્ટિહાઇડ્રોજન અણુઓ ખોવાઈ જશે. લેસર સ્ત્રોતે સંક્રમણ આવર્તનના અડધાથી નીચે 200 કિલોહર્ટ્ઝ ટ્યુન કર્યા પછી, ગણતરી કરેલ નુકસાન અનિવાર્યપણે નો-લેસર કેસ માટે સમાન હતું. આલ્ફા ટીમે એન્ટિહાઇડ્રોજનની બેચ બનાવી, તેમને 600 સેકન્ડ સુધી પકડી રાખ્યા અને પછી કેટલા એન્ટિહાઇડ્રોજન પરમાણુઓનો નાશ થયો તેની ગણતરી કરતી વખતે દોઢ સેકન્ડથી વધુ સમય સુધી કેદની જગ્યામાં ઘટાડો કર્યો. તેઓએ આ ત્રણ જુદી જુદી પ્રાયોગિક પરિસ્થિતિઓ હેઠળ કર્યુંઃ રેઝોનન્સઃ બે સંક્રમણોમાંથી દરેક માટે 300 સેકન્ડ માટે સંક્રમણ આવર્તનના બરાબર અડધા ટ્યુન કરેલા લેસર સ્રોતમાં મર્યાદિત એન્ટિહાઇડ્રોજન પરમાણુઓને ખુલ્લા પાડવું, ઓફ-રેઝોનન્સઃ બે રેઝોનન્સ આવર્તનની નીચે 200 કિલોહર્ટ્ઝ ટ્યુન કરેલા લેસર સ્રોતમાં મર્યાદિત એન્ટિહાઇડ્રોજન પરમાણુઓને 300 સેકન્ડ માટે ખુલ્લા પાડવું, નો-લેસરઃ કોઈપણ લેસર પ્રકાશ વિના એન્ટિહાઇડ્રોજન અણુઓને મર્યાદિત કરવા. બે નિયંત્રણો, ઓફ-રેઝોનન્સ અને નો-લેસર, એ સુનિશ્ચિત કરવા માટે જરૂરી હતા કે લેસરની રોશની પોતે વિનાશનું કારણ ન બની રહી હોય, કદાચ બંધન વાહિનીની સપાટીમાંથી સામાન્ય અણુઓને મુક્ત કરીને જે પછી એન્ટિહાઇડ્રોજન સાથે જોડાઈ શકે. ટીમે ત્રણ કેસમાંથી 11 રન કર્યા હતા અને ઓફ-રેઝોનન્સ અને કોઈ લેસર રન વચ્ચે કોઈ નોંધપાત્ર તફાવત જોવા મળ્યો ન હતો, પરંતુ રેઝોનન્સ રન પછી શોધાયેલી ઘટનાઓની સંખ્યામાં 58 ટકાનો ઘટાડો થયો હતો. તેઓ રન દરમિયાન વિનાશની ઘટનાઓની ગણતરી કરવામાં પણ સક્ષમ હતા અને રેઝોનન્સ રન દરમિયાન ઉચ્ચ સ્તર મેળવ્યું હતું, ફરીથી ઓફ-રેઝોનન્સ અને કોઈ લેસર રન વચ્ચે કોઈ નોંધપાત્ર તફાવત નહોતો. પરિણામો સામાન્ય હાઇડ્રોજન પર આધારિત આગાહીઓ સાથે સારી રીતે સહમત હતા અને "200 પી. પી. ટી. ની ચોકસાઇ પર સીપીટી સમપ્રમાણતાના પરીક્ષણ તરીકે અર્થઘટન કરી શકાય છે". લાક્ષણિકતાઓ કણ ભૌતિકશાસ્ત્રનો CPT પ્રમેય આગાહી કરે છે કે એન્ટિહાઇડ્રોજન પરમાણુઓમાં નિયમિત હાઇડ્રોજનની ઘણી લાક્ષણિકતાઓ હોય છે; એટલે કે. સમાન દળ, ચુંબકીય ક્ષણ અને અણુ અવસ્થા સંક્રમણ આવૃત્તિઓ (અણુ સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી જુઓ). ઉદાહરણ તરીકે, ઉત્તેજિત એન્ટિહાઇડ્રોજન પરમાણુઓ નિયમિત હાઇડ્રોજન જેવા જ રંગમાં ચમકવાની અપેક્ષા રાખે છે. એન્ટિહાઇડ્રોજન પરમાણુઓ સામાન્ય હાઇડ્રોજન પરમાણુઓ અનુભવે છે તે જ તીવ્રતાના બળ સાથે અન્ય દ્રવ્ય અથવા એન્ટિમેટર ગુરુત્વાકર્ષણ તરફ આકર્ષિત થવા જોઈએ. જો એન્ટિમેટરમાં નકારાત્મક ગુરુત્વાકર્ષણીય દળ હોય તો આ સાચું નહીં હોય, જે અત્યંત અસંભવિત માનવામાં આવે છે, જોકે હજુ સુધી પ્રયોગમૂલક રીતે અપ્રમાણિત નથી (એન્ટિમેટરની ગુરુત્વાકર્ષણીય ક્રિયાપ્રતિક્રિયા જુઓ). દ્રવ્ય અને એન્ટિમેટર વચ્ચે નકારાત્મક દળ અને પ્રતિકારક ગુરુત્વાકર્ષણ (એન્ટિગ્રેવિટી) માટે તાજેતરનું સૈદ્ધાંતિક માળખું વિકસાવવામાં આવ્યું છે, અને આ સિદ્ધાંત CPT પ્રમેય સાથે સુસંગત છે. જ્યારે એન્ટિહાઇડ્રોજન સામાન્ય દ્રવ્યના સંપર્કમાં આવે છે, ત્યારે તેના ઘટકો ઝડપથી નાશ પામે છે. પોઝિટ્રોન ગામા કિરણો ઉત્પન્ન કરવા માટે ઇલેક્ટ્રોન સાથે નાશ પામે છે. બીજી બાજુ, એન્ટિપ્રોટોન એ એન્ટિક્વાર્કથી બનેલો છે જે ન્યુટ્રોન અથવા પ્રોટોનમાં ક્વાર્ક સાથે જોડાય છે, પરિણામે ઉચ્ચ-ઊર્જા પિયોન બને છે, જે ઝડપથી મ્યુઓન, ન્યુટ્રિનો, પોઝિટ્રોન અને ઇલેક્ટ્રોનમાં ક્ષીણ થાય છે. જો એન્ટિહાઇડ્રોજન પરમાણુઓને સંપૂર્ણ શૂન્યાવકાશમાં સ્થગિત કરવામાં આવ્યા હોય, તો તેઓ અનિશ્ચિત સમય સુધી ટકી રહેવા જોઈએ. એન્ટિ-એલિમેન્ટ તરીકે, તેમાં હાઇડ્રોજન જેવા જ ગુણધર્મો હોવાની અપેક્ષા છે. ઉદાહરણ તરીકે, એન્ટિહાઇડ્રોજન પ્રમાણભૂત પરિસ્થિતિઓમાં ગેસ હશે અને એન્ટિઓક્સિઝન સાથે જોડાઈને એન્ટિવોટર બનાવશે. પ્રથમ એન્ટિહાઇડ્રોજનનું ઉત્પાદન 1995માં સીઇઆરએન ખાતે વોલ્ટર ઓલર્ટની આગેવાની હેઠળની ટીમ દ્વારા ચાર્લ્સ મુંગેર જુનિયર, સ્ટેનલી બ્રોડસ્કી અને ઇવાન શ્મિટ એન્ડ્રેડ દ્વારા સૌપ્રથમ પ્રસ્તાવિત પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરીને કરવામાં આવ્યું હતું. LEAR માં, પ્રવેગકમાંથી એન્ટીપ્રોટોનને ઝેનોન ક્લસ્ટરો પર ગોળી મારવામાં આવ્યા હતા, જે ઇલેક્ટ્રોન-પોઝિટ્રોન જોડીનું ઉત્પાદન કરે છે. એન્ટિપ્રોટોન લગભગ સંભાવના સાથે પોઝિટ્રોનને પકડી શકે છે, તેથી ગણતરી મુજબ આ પદ્ધતિ નોંધપાત્ર ઉત્પાદન માટે યોગ્ય નથી. ફર્મીલેબે ક્વોન્ટમ ઇલેક્ટ્રોડાયનેમિક્સની આગાહીઓ સાથે સંમતિમાં કંઈક અલગ ક્રોસ સેક્શન માપ્યું. બંને અત્યંત ઊર્જાસભર, અથવા ગરમ, વિરોધી અણુઓમાં પરિણમ્યા, જે વિગતવાર અભ્યાસ માટે અયોગ્ય હતા. ત્યારબાદ, સીઇઆરએનએ મૂળભૂત સમપ્રમાણતાના પરીક્ષણો માટે ઓછી ઊર્જા ધરાવતા એન્ટિહાઇડ્રોજન તરફના પ્રયાસોને ટેકો આપવા માટે એન્ટિપ્રોટોન ડિસેલરેટર (એડી) નું નિર્માણ કર્યું હતું. એડી કેટલાક સીઇઆરએન જૂથો પૂરા પાડે છે. CERN અપેક્ષા રાખે છે કે તેમની સુવિધાઓ પ્રતિ મિનિટ 10 મિલિયન એન્ટીપ્રોટોનનું ઉત્પાદન કરવામાં સક્ષમ હશે. એ. ટી. આર. એ. પી. અને સી. ઈ. આર. એન. ખાતે એ. ટી. એચ. ઈ. એન. એ. ના સહયોગથી કરવામાં આવેલા લો-એનર્જી એન્ટિહાઇડ્રોજન પ્રયોગોએ પેનિંગ ટ્રેપ્સમાં પોઝિટ્રોન અને એન્ટિપ્રોટોનને એકસાથે લાવ્યા, જેના પરિણામે પ્રતિ સેકન્ડ 100 એન્ટિહાઇડ્રોજન અણુઓના લાક્ષણિક દરે સંશ્લેષણ થયું. એન્ટિહાઇડ્રોજનનું ઉત્પાદન સૌપ્રથમ 2002માં એથેના દ્વારા કરવામાં આવ્યું હતું, અને પછી એ. ટી. આર. એ. પી. દ્વારા અને 2004 સુધીમાં લાખો એન્ટિહાઇડ્રોજન અણુઓ બનાવવામાં આવ્યા હતા. સંશ્લેષિત અણુઓમાં પ્રમાણમાં ઊંચું તાપમાન (થોડા હજાર કેલ્વિન) હતું, અને પરિણામે પ્રાયોગિક ઉપકરણની દિવાલો પર અથડાતા અને નાશ પામતા. મોટાભાગના ચોકસાઇ પરીક્ષણો માટે લાંબા નિરીક્ષણ સમયની જરૂર પડે છે. એથેના સહયોગના અનુગામી આલ્ફાની રચના એન્ટિહાઇડ્રોજનને સ્થિર રીતે ફસાવવા માટે કરવામાં આવી હતી. વિદ્યુત રીતે તટસ્થ હોવા છતાં, તેની સ્પિન ચુંબકીય ક્ષણો અસમરૂપ ચુંબકીય ક્ષેત્ર સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે; કેટલાક અણુઓ અરીસા અને બહુધ્રુવીય ક્ષેત્રોના સંયોજન દ્વારા બનાવવામાં આવેલા ચુંબકીય લઘુત્તમ તરફ આકર્ષાય છે. નવેમ્બર 2010માં, આલ્ફા સહયોગે જાહેરાત કરી હતી કે તેઓએ સેકન્ડના છઠ્ઠા ભાગ માટે 38 એન્ટિહાઇડ્રોજન અણુઓને ફસાવ્યા છે, જે તટસ્થ એન્ટિમેટરની પ્રથમ કેદ છે. જૂન 2011 માં, તેઓએ 309 એન્ટિહાઇડ્રોજન પરમાણુઓને 1,000 સેકન્ડ સુધી એક સાથે 3 સુધી ફસાવ્યા. ત્યારબાદ તેઓએ તેની અતિસંવેદનશીલ રચના, ગુરુત્વાકર્ષણ અસરો અને ચાર્જનો અભ્યાસ કર્યો. આલ્ફા એ. ટી. આર. એ. પી., એ. ઈ. જી. આઈ. એસ. અને જી. બી. એ. આર. પ્રયોગો સાથે માપન ચાલુ રાખશે. મોટા એન્ટિમેટર પરમાણુઓ મોટા એન્ટિમેટર પરમાણુઓ જેમ કે એન્ટિડ્યુટેરિયમ (), એન્ટિટ્રિટિયમ () અને એન્ટિહેલિયમ () નું ઉત્પાદન કરવું વધુ મુશ્કેલ છે. એન્ટિડ્યુટેરિયમ, એન્ટિહેલિયમ-3 () અને એન્ટિહેલિયમ-4 () ન્યુક્લિયસ એટલા ઊંચા વેગ સાથે ઉત્પન્ન થયા છે કે તેમના અનુરૂપ અણુઓનું સંશ્લેષણ અનેક તકનીકી અવરોધો ઉભા કરે છે. એન્ટિમેટર સંદર્ભોની ગુરુત્વાકર્ષણીય ક્રિયાપ્રતિક્રિયા પણ જુઓ બાહ્ય કડીઓ એન્ટિમેટર હાઇડ્રોજન ભૌતિકશાસ્ત્ર વાયુઓ