Антиводоро́д — аналог водорода, состоящий из антивещества. В то время как обычный атом водорода состоит из электрона и протона, атом антиводорода состоит из позитрона и антипротона. Учёные надеются, что изучение антиводорода поможет пролить свет на вопрос, почему в наблюдаемой Вселенной больше материи, чем антиматерии, известный как проблема барионной асимметрии[1]. Антиводород вырабатывается искусственно в ускорителях заряженных частиц.
Высокоэнергетичные атомы антиводорода впервые были обнаружены на ускорителях в 1990-х годах. Коллаборация ATHENA изучала холодный антиводород в 2002 году. Впервые захват атомов антиводорода в ловушку продемонстрировала группа Antihydrogen Laser Physics Apparatus (ALPHA) в ЦЕРНе[2][3] в 2010 году, которая затем измерила структуру и другие важные свойства[4]. ALPHA, AEGIS и GBAR планируют и дальше охлаждать и изучать атомы антиводорода.
В 2016 году в эксперименте ALPHA был измерен электронный переход между двумя низшими энергетическими уровнями антиводорода, 1S-2S. Результаты оказались идентичны измерениям для водорода в пределах разрешающей способности эксперимента, подтверждая идею симметрии материи — антиматерии и CPT-симметрии[5].
В присутствии магнитного поля переход 1S-2S расщепляется на два сверхтонких перехода с несколько различными частотами. Команда рассчитала частоты переходов для нормального водорода под действием магнитного поля в ограниченном объёме как:
Однофотонный переход между S-состояниями запрещён квантовыми правилами отбора, поэтому, чтобы перевести позитроны из основного состоянии в состояние 2S, ограниченное пространство освещалось лазером, настроенным на половину рассчитанной частоты переходов, стимулируя разрешённое двухфотонное поглощение.
Атомы антиводорода, возбуждённые до состояния 2S, нестабильны и могут затем перейти одним из нескольких способов в другие состояния: