به عنوان یک طرفدار پیشتازان فضا، می‌دانیم که پادماده (antimatter) قرار است دقیقاً روی دیگر ماده باشد. بدین صورت که این دو هنگامِ برخورد با یکدیگر با آزاد کردن انرژی خالص باید از بین بروند. اکنون و پس از دهه‌ها تلاش، فیزیک‌دانان موفق به مقایسه‌ی دقیق اتم و آنتی‌اتم شدند. به نظر می‌رسد این دو با یک عدم قطعیت ناچیز مثل هم رفتار می‌کنند و به شکلی پیچیده، این نتایج از پایه‌های نظریه‌ی نسبیت خاص انیشتین پشتیبانی می‌کند. این تحقیقات همچنین باب جدیدی درباره‌ی قیاس ماده-پادماده و احتمال این که این دو کاملاً یکسان نباشند، می‌گشاید.
توماس یودم، فیزیک‌دان تجربی در اپتیک کوانتومی مؤسسه‌ی ماکس پلانک آلمان که روی اندازه‌گیری‌های دقیق هیدروژن کار می‌کند می‌گوید که “۳۰ سال منتظر این لحظه بودند و آن را یک دستاورد باورنکردنی می‌دانند”. بعضی‌ها این کار را “هنرمندانه” خوانده‌اند.
یک اتم آنتی‌هیدروژن از یک آنتی‌الکترون (یا پوزیترون) تشکیل شده که با یک آنتی‌پروتون پیوند دارد. از سال ۲۰۰۲، تعداد انگشت‌شماری گروه هستند که مشغول مطالعه‌ی آنتی‌هیدروژن در آزمایشگاه فیزیک ذرات اروپا در سرن، نزدیک ژنو سوئیس می‌باشند. این مرکز، تنها مرجع آنتی‌پروتون در جهان است. مثل همیشه این اکتشاف ما را به فانتزی‌های علمی‌مان نزدیک نمی‌کند ولی به فیزیک‌دانان کمک می‌کنند تا بدانند آیا اتم هیدروژن ویژگی‌های جرم و اسپین دقیق آنتی‌هیدروژن را داراست یا نه.
مقاله‌ی مرتبط: دانشمندان قصد دارند پادماده را پشت یک وَن به گردش ببرند!
اگر فرضیه درست نباشد، مدل استاندارد ذرات بنیادین و نیروهای فیزیک به چالش کشیده خواهد شد. این نظریه نوعی قرینگی ریاضی داراست که باید مطابق با آن ذرات و ضد ذرات آینه‌ی همدیگر باشند. این قرینگی را از بین ببرید، اشارات این نظریه قضیه‌ی اثبات شده‌ی نسبیت خاص انیشتین (ضرورتاً این مفهوم را که هیچ راهی برای تعیین سکون یا حرکت نیست مگر این که آن را نسبت به جهان بسنجیم) واژگون خواهد کرد. به این ترتیب، هر تفاوتی بین ماده و پادماده ما را به تجدید نظر در همه‌ی فیزیک مدرن مجبور خواهد کرد.
یکی از تست‌های کلیدی قرینگی ماده-پادماده، مقایسه‌ی فرکانس نور جذب شده توسط اتم‌های هیدروژن و آنتی‌هیدروژن است. بر اساس مکانیک کوانتوم، یک اتم فقط می‌تواند یک فوتون از انرژی و رنگ‌های خاص را جذب کند که الکترونِ آن را به سطح انرژی بالاتر می‌رساند. بر اساس مدل استاندارد، هیدروژن و آنتی‌هیدروژن باید حالت‌های دقیقاً یکسان داشته باشند و فوتون‌هایی با انرژی برابر جذب کنند.
اکنون، جفری هانگست، فیزیک‌دان تجربی در دانشگاه آرهوس دانمارک و ۴۸ همکار او در همکاری‌های آلفا در سرن، دقیق‌ترین تفاوت انرژی بین دو تراز ۱S و ۲S اتم هیدروژن را اندازه گرفته‌اند. آن‌ها برای برانگیختن اتم‌ها از نور لیزر استفاده کرده و سپس با یک میدان الکتریکی انرژی داده شده را به شکل فلورسانس پس گرفتند. تغییر فرکانس لیزر، خاصیت فلورسانس را به حداکثر می‌رساند که در نتیجه انرژی دقیق انتقال را به‌دست خواهد داد. با این روش تفاوت انرژی ترازهای ۱S-2S تا چهار قسمت در کوینتیلیون اندازه‌گیری شده است؛ تقریباً هزار برابر دقیق‌تر از نتایج جدید آنتی‌هیدروژن.
مقاله‌ی مرتبط: برای پیشرفت علم رؤیاپردازی هم لازم است!
با این حال، این روش برای آنتی‌هیدروژن جوابگو نیست؛ چون محققان آلفا معمولاً در هر بار آزمایش ۴۰ اتم را به دام می‌اندازند که برای تابش فلورسانس خیلی کم است. بدین ترتیب واقعاً باید فکر دیگری کرد. به لطف پیشگویی‌های عجیب نظریه‌ی کوانتوم، برای جهش ۱S-2S، آنتی‌هیدروژن (یا هیدروژن) باید دو فوتون با نصف انرژی لازم برای انتقال ۱S-2S جذب کنند. در حالت برانگیخته، یک اتم می‌تواند یک سوم فوتون را جذب کند که پوزیترونِ آن را به طور کل جدا می‌کند. سپس آنتی‌پروتون باقی می‌ماند که به داخل آرایه‌ی محیط از شناساگر ذرات می‌افتد و با نابودی در آن یک انفجار زیراتمی به وجود می‌آورد. با شمارش آنتی‌پروتون‌های گریخته، محققان تعداد اتم‌های برانگیخته را می‌شمارند.
سال گذشته، محققان آلفا اولین مشاهدات خود را از انتقال ۱S-2S در آنتی‌هیدروژن گزارش کردند. اکنون، آن‌ها نشان داده‌اند که این اعداد تا دو قسمت در تریلیون مطابق با اندازه‌گیری‌های هیدروژن است. همان طور که محققان در Nature گزارش کردند، شکل دقیق خط جذب نیز با چیزی که در هیدروژن دیده شده مطابقت دارد. هانگست می‌گوید که آن‌ها طیف‌سنجی لیزر را در آنتی‌هیدروژن به انجام رسانده‌اند و این هدفِ زندگی کاری آن‌ها بوده است.
به نظر می‌رسد این آزمایش محدودیت‌ها را در احتمال نقض نسبیت با فاکتور ۱۰ تا ۱۰۰ روبه‌رو می‌کند. با این حال نقض نسبیت می‌تواند با راه‌های مختلفی رخ دهد. هانگست ادعا دارد که تیم آلفا می‌تواند دقت اندازه‌گیری‌های ۱S-2S را در آنتی‌هیدروژن به حد هیدروژن برساند. “یک سال دیگر که نمی‌شود، ولی قطعاً ۱۰ هم طول نخواهد کشید”. تفاوت واقعی بین هیدروژن و آنتی‌هیدروژن، به نظر بیشتر فیزیک‌دانان احتمال خیلی کمی دارد. ولی ارزش تست کردن دارد. تنها یاد گرفتن، جستجوی فیزیک جدید است؛ جاهایی که هیچ وقت سرک نکشیده‌ایم. در یکی از ساده‌ترین مقایسه‌ها، هانگست و همکارانش دوست دارند بدانند آیا اتم‌های هیدروژن تحت گرانش زمین به طرف بالا “سقوط” می‌کنند یا نه!
