Очень стабильный антиводород

Эксперимент Antihydrogen Laser Physics Apparatus (ALPHA) расположен на территории CERN вблизи Женевы на границе Швейцарии и Франции и является одним из флагманских в мире проектов по получению и изучению антиматерии.

Не так давно участники коллаборации сообщили о создании специальной «ловушки», в которой можно «накапливать» стабильные атомы антиматерии. Изначально антивещество получалось лишь в ускорителях и существовало в интервалах времени порядка десятков наносекунд, что делало невозможным детальное изучение ее свойств. И вот, технология магнитной ловушки дала новые плоды – физикам удалось стабилизировать атомы антиводорода на рекордно долгое время – порядка 1000 секунд или 17 минут.

Работа, посвященная этому достижению, опубликована на сайте препринтов ArXiv.

Достижение столь длительного времени жизни антивещества позволяет напрямую, а не опосредованно, изучать ее свойства. Этот вопрос ранее был, скорее, спекулятивным.

Античастицы — «двойники» обычных частиц, имеющие такую же массу и спин. Однако некоторые другие квантовые характеристики античастиц противоположны по своему значению тем же характеристикам частиц, например электрический заряд. При столкновении античастицы и частицы обе они исчезают (этот процесс называется аннигиляцией) и происходит выделение большого количества энергии. Согласно современным представлениям,

после Большого взрыва образовалось одинаковое количество частиц и античастиц, то есть теоретически одинаковое количество вещества и антивещества должны быть полностью уничтожены при взаимодействии, однако этого не произошло, поэтому наш мир существует.

Проведенные оценки показывают, что после Большого взрыва из каждых 10 000 000 000 частиц вещества и антивещества выжила лишь одна частица вещества. Указанный феномен носит название барионной асимметрии Вселенной, однако до сих пор не совсем понятно, почему уцелело вещество, а не антивещество, в чем их принципиальное различие.

Изучение свойств стабилизированной антиматерии дает надежду разобраться в ее свойствах и, получается, причинах существования нашего мира именно в текущей форме.

Антиводород в ловушке получают, сталкивая охлажденные антипротоны (двойники протонов) с позитронами (двойниками электронов). Обычный атом водорода как раз и состоит из одного протона и одного электрона.

Теперь ученым предстоит изучить энергетический спектр антиводорода (и сравнить его с спектром самого водорода), а также понять, как антиматерия участвует в гравитационных взаимодействиях. На этот счет есть самые неожиданные гипотезы, в том числе, что она должна взлетать (а не падать) под действием гравитации или вести себя иным, совершенно непредсказуемым образом.

Изящная идея антиматерии уже стала предметом обсуждения научной фантастики, а также популярных фильмов (например, «Ангелы и демоны» по книге Дэна Брауна). Соответственно, родилось и масса нездоровых спекуляций и страхов. Физики CERN рассказывают о своей работе, чтобы избежать страхов общества перед проводимыми экспериментами.

На сегодняшний день в одной ловушке им удалось получить уже 309 атомов против предыдущих 38.

Это количество уже позволяет провести эксперименты с воздействием силы тяжести на антиматерию, и физики надеются завершить их в ближайшие месяцы.