Физики из CERN впервые изучили свойства атомов антиматерии, охлажденных до температуры, близкой к абсолютному нулю. Результаты исследования опубликовал научный журнал Nature.
"Идея, что мы будем с помощью лазера манипулировать частицами антиматерии, сперва казалась безумной. Я очень рад тому, что наша мечта исполнилась, и теперь мы думаем о запуске своеобразного "фонтана" из охлажденых атомов антиматерии. Его создание позволит нам провести ряд квантовых замеров, которые в прошлом были немыслимыми", – рассказал один из авторов работы, научный сотрудник канадского ускорительного центра TRIUMF Макото Фудзивара.
Космологи предполагают, что в первые мгновения существования Вселенной материи и антиматерии в ней было примерно поровну. Если Стандартная модель – теория, которая описывает большую часть взаимодействий всех известных сейчас науке элементарных частиц – полностью верна, то все химические и физические свойства частиц антиматерии и материи, за исключением заряда, должны были быть одинаковыми.
Это противоречит самому существованию реальности, так как все частицы материи и антиматерии должны были уничтожить друг друга, столкнувшись и проаннигилировав в первые мгновения после Большого взрыва. Поэтому ученые уже много десятилетий спорят, почему в обозримой Вселенной практически нет антиматерии.
Многие физики считают, что ответ кроется в малейших различиях в свойствах, поведении и устройстве частиц антиматерии и материи. Недавно ученые нашли множество намеков на то, что подобные расхождения могут существовать, к примеру, в массах протонов и антипротонов. Однако пока ни одно из них не было подтверждено.
Поиски подобных расхождений сильно осложнены тем, что у ученых нет столь же удобных и разнообразных инструментов для манипуляций с атомами и частицами антиматерии, как в случае с обычной материей.
Эти проблемы физики пытаются решить в рамках проекта ALPHA-2 в CERN. Он представляет собой специальную магнитную ловушку для позитронов и антипротонов, которая заставляет их объединяться и образовать одиночные атомы антиводорода. Используя эту установку, ученые уже несколько раз уточняли массу одиночных антипротонов и атомов антиводорода, а также измеряли некоторые другие свойства частиц антиматерии, в том числе то, как те взаимодействуют с гравитацией.
Фудзивара и его коллеги обратили внимание, что ультрафиолетовые лазеры, которые используются в ALPHA-2 для измерений свойств антипротонов, позитронов и атомов антиводорода, в теории можно использовать, чтобы искусственно "тормозить" их движение и тем самым охлаждать антиматерию – подобно тому, как это происходит с частицами обычной материи.
Физики подобрали такую частоту работы лазеров, при которой пучки порождаемых ими частиц света активно взаимодействовали только с теми атомами антиводорода, которые двигались в сторону детекторов ускорительной установки. Благодаря этому ученые достаточно быстро получили разреженное облако из атомов антиматерии, которые движутся очень медленно и почти не сталкиваются друг с другом.
Последовательно облучая атомы антиводорода подобным образом, физики охладили их до температуры, близкой к абсолютному нулю. Затем они проследили проследили, как те взаимодействовали с частицами света. Охлаждение антиматерии позволило Фудзиваре и его коллегам увеличить точность подобных измерений примерно в четыре раза по сравнению со всеми более ранними экспериментами подобного рода.
В ближайшее время физики планируют нарастить мощность лазеров, чтобы провести еще более сложные эксперименты с антиматерией, а также создать первые плотные облака из антиводорода. Изучение их свойств, как надеются исследователи, приблизит человечество к раскрытию тайны пропажи антиматерии из окружающей нас Вселенной.
По информации https://nauka.tass.ru/nauka/11041715
