Ученые CERN впервые создали пучок античастиц

Физики из CERN создали пучок античастиц, перегнав их на 2,7 м от места рождения. Это даст возможность подробно изучить антиатомы и понять, почему во Вселенной материя доминирует над антиматерией.

Существование антиматерии во Вселенной остается одной из главных тайн физики, поскольку в первый момент Большого взрыва, как считается, количество частиц и античастиц было одинаковым. При встрече атом и антиатом мгновенно аннигилируют, а частицы и античастицы по своим спектральным характеристикам теоретически должны быть совершенно одинаковы, поэтому к наблюдаемому преобладанию материи над антиматерией в природе могло привести лишь различие в этих характеристиках, пусть даже самое минимальное. И это различие могло бы много рассказать о том, чем же картина мира, которая видится сегодня физикам, отличается от реальной.

Созданием антиматерии ученые Европейского центра ядерных исследований (CERN) занимаются уже давно. Для этого они в специальной магнитной ловушке соединяют позитроны и антипротоны, причем антипротоны, прежде чем туда попасть, «охлаждаются» специальным замедлителем антипротонов, установкой, которой нигде, кроме как в CERN, нет.

Антиводород исследователи научились получать в больших количествах и удерживать там до тысячи секунд, прежде, чем антиатомы доберутся до стенок камеры и аннигилируют на них.

Однако точное измерение спектра антиводорода, пока он находится в магнитной ловушке, невозможно — мешают неоднородности магнитных полей, которые резко меняют спектральные характеристики антиатомов. Поэтому для ученых важно вывести антиводород из ловушки на приличное расстояние, да еще так, чтобы он по-прежнему не контактировал с нормальной материей.

Этим и занялись участники коллаборации ASACUSA. Им удалось создать уникальную установку, позволяющую перемещать антиводород из ловушки и производить спектральные измерения в полете, там, где магнитные поля уже не мешают. О результатах эксперимента ученые доложили в статье, опубликованной в журнале Nature Communications.

«Главная проблема состояла в том, что атомы антиводорода не имеют заряда, — говорит глава проекта Ясунори Ямазаки, японский физик из Института физико-химических исследований (RIKEN). — Поэтому непонятно было, как выманить их из ловушки».

Ученые нашли выход — с помощью своей установки они создают в ловушке атомы, которые уже изначально движутся преимущественно в одном направлении, так что, родившись, они там не задерживаются и вылетают направленным пучком.

И вот первый значимый результат —

80 атомов антиводорода удалось отогнать от ловушки почти на 3 м, туда, где влияние ее магнитных полей уже не сказывается.

По словам Ямазаки, в перспективе это позволит исследователям провести высокоточные исследования атомов антиводорода, главным образом его сверхтонкой структуры, которая для атомов водорода изучена очень хорошо, так что можно будет их сравнивать и искать различия.

Ближе к концу года, видимо, стоит ожидать и первых результатов таких наблюдений, которые станут самой серьезной на сегодняшний день проверкой симметрии материи и антиматерии.

Следующим шагом эксперимента ASACUSA будет оптимизация интенсивности и кинетической энергии антиводородных пучков, необходимая для того, чтобы наилучшим образом изучать их квантовое состояние.