Фотография демонстрирует лазеры в эксперименте по антиматерии, проведенные с помощью ALPHA. Фото: CERN
Пузырьковый вакуум заполняет квантовое пространство, искажая форму каждого атома водорода во Вселенной. Теперь ученые знают, что это также влияет на форму двойника водорода – антиводорода.
Антиматерия – непонятная субстанция, которая считается редкой во Вселенной и идеально имитирующей материю, но с отраженными свойствами. К примеру, электроны – крошечные частицы материи с отрицательным зарядом. Но их анти-близнецы позитроны несут положительный заряд.
Если объединить электрон и позитрон, то получим атом водорода. Если же объединить позитрон с антипротоном, то появится антиводород. При постоянном контакте материя и антиматерия уничтожают друг друга.
В современных исследованиях антиматерия считается идеальным антагонистом для материи. Ученые все еще пытаются понять, почему именно материя стала доминировать в космосе. Обнаружение некоторой разницы между этими двумя понятиями позволит лучше понять структуру современной Вселенной.
Канадский физик элементарных частиц и автор нового исследования в Nature Макото Фудзивара использовал Лэмбовский сдвиг для поиска подобных различий. Странный эффект получил название в честь физика Уиллиса Лэмба из Университета Аризоны, который обнаружил его в 1947 году.
На первой крупной послевоенной конференции американских физиков Лэмб показал, что нечто невидимое внутри атомов водорода давит на их внутренние частицы, создавая большую пропасть между протоном и орбитальным электроном. Удивительно то, что ядерная теория не описывала ничего подобного.
Физик Уиллис Лэмб сумел обнаружить Лэмбовский эффект в 1947 году. Фото: https://www.gettyimages.co.uk/
Фудзивара объясняет:
«Грубо говоря, Лэмбовский сдвиг – физическое проявление эффекта вакуума. Не нужно думать, что вакуум – это ничто, пустота. На самом деле, он заполнен виртуальными частицами, которые постоянно возникают и разрушаются».
По сути, это сверхъестественное пузырение коротких полу-реальных частиц, которое оказывает влияние на Вселенную. А внутри атомов водорода процесс создает давление, разделяющее две связанные частицы. Это открытие принесло Лэмбу Нобелевскую премию по физике в 1955 году.
Физики десятками лет знали, что Лэмбовский сдвиг влияет на водород. Но оказывается ли воздействие на антиводород? Чтобы разобраться в этом, исследователи добыли образцы антиводорода с помощью эксперимента по антиматерии ALPHA в Европейской организации ядерных исследований (CERN).
Фудзивара говорит, что ALPHA нуждается в нескольких часах для формирования достаточного количества антиводорода для работы. Вещество подвешивают в магнитных полях, которые его подталкивают. Затем ученые ударили по нему лазерным лучом, чтобы понять, как антиматерия контактирует с фотонами.
Многократное повторение эксперимента в разных условиях пока не выявило различий между Лэмбовским сдвигом в водороде и антиводороде. Но ученые не сдаются. Если в будущем зафиксируется хотя бы малейшая разница, то это приведет к радикальным изменениям в понимании физической Вселенной.