Ловушка для антиматерии

Исследователям CERN удалось провести спектроскопические измерения атома антиводорода.
Ловушка для антиматерии

Есть ли различие между частицами материи и антиматерии и как их исследуют физики CERN, рассказывает Indicator.Ru.

Исследователям CERN впервые в мире удалось провести спектроскопические измерения атома антиводорода и тем самым добиться цели, давно стоявшей перед физикой антиматерии. Правда, сюрпризов эксперимент не принес: как и предсказывает теория, высокоточные измерения показали спектральную идентичность водорода и антиводорода. Статья об этой работе была опубликована в последнем номере журнала Nature.

Исследуя физику антиматерии, ученые в первую очередь пытаются найти ответ на одну из крупнейших загадок современной физики и понять, куда во Вселенной подевалась антиматерия. Согласно современной физике частиц, то есть Стандартной модели, в момент Большого взрыва образовалось равное количество материи и антиматерии, однако сейчас антиматерии практически нет.

Эта асимметрия до сих пор разгадки не получила. Физики, в частности, надеются, что ответ кроется в различиях, пусть даже самых тончайших, между атомами стандартного вещества и их антикопиями, и неустанно эти различия ищут.

В CERN изучение антиматерии (если быть точнее, атомов антиводорода, состоящих из антипротона и позитрона) началось фактически с 2000 года, когда там был запущен Antiproton Decelerator (AD) — замедлитель протонов, представляющий собой исследовательский синхротрон периметром 182 м, где рождаются пучки антипротонов, которые затем замедляются различными способами примерно в тысячу раз, после чего, еще раз замедлившись, накапливаются в магнитных ловушках и соединяются с позитронами.

Замедлитель антипротоновCERN

AD питает эксперименты, проводимые сразу несколькими проектами. Их задачи частично пересекаются, что вызывает стандартную для CERN конкуренцию между проектами. За прошедшее время ученым удалось увеличить облако накопленных атомов антиводорода с нескольких десятков до сотен и даже тысяч, а также существенно увеличить время удержания этого облака. Сейчас по этим параметрам вперед вышел проект под названием ALPHA-2.

Используя модернизированную установку накопления атомов антиводорода, они научились создавать облака численностью до 25 000 антиатомов и удерживать их в течение тысячи секунд, что, собственно, и позволило им проводить спектроскопию антиводорода.

В ловушке — цилиндрической вакуумной камере длиной 280 мм и диаметром 44 мм — были проделаны окна, сквозь которые атомы антиводорода освещались лазерным лучом с длиной волны 243 нм. Фотоны с такой энергией приводят к переходу электрона в атоме водорода из основного состояния в возбужденное (так называемый переход 1S-2S).

При таком переходе электрон находится в возбужденном состоянии довольно долго, порядка 1/8 секунды, а затем возвращается в основное, испустив фотон, частота которого отличается от падающего света всего на несколько герц.

Ловушка, в которой фиксировались частицы антиводорода

Чтобы сравнить, что при таком переходе происходит с водородом и антиводородом, исследователям пришлось создавать сверхчувствительную аппаратуру. В результате они с точностью примерно в две стомиллионных доли процента сумели установить, что реакции водорода и антиводорода на такое облучение совпадают.

Но это только начало. Подчеркивая, что это первое в своем роде спектроскопическое исследование атомов антиводорода, авторы статьи утверждают, что результаты их эксперимента представляют собой первый шаг, поворотный пункт к дальнейшим серьезным метрологическим исследованиям антиматерии.

Комментарии
Комментарии