Сияние лазера может помочь решить загадку, почему во Вселенной антиматерии меньше, чем обычной материи.
Впервые физики показали, что атомы антивещества, по всей видимости, испускают такой же свет, что и атомы обычного вещества. Более точное изучение поможет решить загадку, почему антивещества меньше.
Для каждой частицы обычного вещества существует аналогичная частица антивещества с такой же массой, но противоположным электрическим зарядом. Например, античастицами электрона и протона являются позитрон и антипротон.
Когда частица встречает античастицу, они уничтожают друг друга, испуская поток энергии. Грамм антиматерии аннулирует грамм вещества и выпускает примерно два энергетических запаса, полученных от сбрасывания атомной бомбы на Хиросиму. (Не беспокойтесь об опасности, так как ученые еще очень далеки от создания грамма антиматерии).
Остается загадкой, почему существует больше материи, чем антиматерии. Стандартная модель физики элементарных частиц (лучшее описание того, как себя ведут строительные блоки Вселенной) предполагает, что Большой взрыв должен был создать их в равном количестве.
Ученые хотели бы узнать больше об антиматерии, чтобы увидеть отличия в ее поведении и понять, почему ее так мало. Одним из ключевых экспериментов будет использование лазеров для атомов антиматерии, которые могут поглощать и излучать свет так же, как и атомы обычного вещества. Если атомы антиводорода испустят другой спектр света, чем атомы водорода, такие спектральные различия создадут идеи о других причинах их отличия.
Впервые исследователи использовали лазеры, чтобы провести спектральный анализ атомов антиводорода.
«Я бы назвал это Святой Грааль физики антиматерии», – сказал соавтор исследования Джеффри Хангст, физик из Университета Орхус в Дании. – «Я работал больше 20 лет, чтобы воплотить это в жизнь, и проект наконец-то запустили».
Ученые экспериментировали с антиводородом, являющимся самым простым атомом антиматерии, так как водород – простейший атом обычного вещества, состоящий из одного антипротона и одного позитрона.
Добыча достаточного количества антивещества для экспериментов оказалось трудной задачей. Для создания атомов антиводорода ученые смешали около 90000 антипротонов с 1.6 миллионами позитронов (антиэлектроны), что дало около 25000 атомов антиводорода. Для эксперимента использовали аппарат ALPHA-2 – генератор антиматерии и система захвата, расположенный на Европейской организации ядерных исследований (CERN) в Швейцарии.
После создания атомов нужно «держаться за них очень осторожно», – сказал Хангст. Антиводород электрически нейтрален, а потому он не может удерживаться на месте при помощи электрических полей, и «вам нужно держать его подальше от материи, потому что ему необходимы условия вакуума». Наилучшая температура антиматерии близка к абсолютному нулю (минус 459.67 градусов по Фаренгейту или минус 273.15 градусов по Цельсию), поэтому она малоподвижная и легче держится.
Ученые удерживают антиводород в очень сильных магнитных полях. «Теперь нам удается провести около 15 атомов антиводорода», – говорит Хангст.
Затем они воздействовали лазером на антиводород, что заставило атомы выпустить свет. Ученые измерили спектр – 10 в десятой степени.
Сейчас спектры света водорода и антиводорода похожи друг на друга. Однако более точное измерение поможет выявить различия между материей и антиматерией, которые смогли бы раскрыть тайну пропажи антиматерии и привести к революционным изменениям в стандартной модели. «Мы можем поменять правила работы», – говорит Хангст.
