Fiziķi mēnešiem ilgi noturējuši vienu antimatērijas daļiņu, lai pētītu tās īpašības

Ziemeļrietumu universitātes (Northwestern University, ASV) fiziķu komanda ir vairākus mēnešus noturējusi iesprostotu vienu antimatērijas daļiņu — pozitronu, elektrona antimatērijas pāri. Daļiņa tika atdzesēta līdz temperatūrai, kas ir tuvu absolūtajai nullei, un pētnieki varēja precīzi kontrolēt tās kvantu stāvokļus, daļiņai pat nepieskaroties. Eksperimenta rezultāti publicēti žurnālā Physical Review Letters. Tie palīdz pētīt vienu no fizikas lielākajiem noslēpumiem: kāpēc Visumā dominē parastā matērija.

Kāpēc antimatēriju ir grūti pētīt

Matemātika paredz, ka katrai matērijas daļiņai ir atbilstoša antidaļiņa, un zinātnieki to ir apstiprinājuši eksperimentos. Tāpēc Visumā teorētiski vajadzētu būt līdzīgam abu veidu daudzumam, taču gandrīz viss novērojamais sastāv no parastās matērijas. Iemesls joprojām nav zināms.

Antimatēriju var iegūt laboratorijās, bet tās izpēte ir sarežģīta. Saskaroties ar parasto matēriju, antidaļiņa un daļiņa annihilējas un izdala enerģiju. Lai to novērstu, zinātnieki izmanto vakuuma kameras un elektromagnētiskos laukus, kas notur antidaļiņas izolācijā. Tomēr pētīt to uzvedību kvantu līmenī joprojām ir grūti.

Kā darbojas jaunā iekārta

Geralda Gabrielsa vadītā komanda izstrādāja ierīci, ko dēvē par viena pozitrona kvantu ciklotronu. Tā ar elektrisko un magnētisko lauku palīdzību notur pozitronu vakuumā temperatūrā, kas ir tuvu absolūtajai nullei. Tādējādi daļiņa atrodas zemākajā enerģijas stāvoklī, un pētnieki var izraisīt kontrolētas izmaiņas tās kvantu uzvedībā. Atšķirībā no citām daļiņu fizikas metodēm šī daļiņu neiznīcina, tāpēc to var turēt mēnešiem un mērījumus atkārtot.

Ko tas var dot

Zināms, ka matērijai un antimatērijai ir ļoti līdzīgas īpašības: elektronam un pozitronam ir tieši tāda pati masa, bet pretēji elektriskie lādiņi. Tomēr nav skaidrs, cik līdzīgas tās ir un vai līdz šim eksperimentos nav palikušas nepamanītas nelielas atšķirības. Pētnieki vēlas salīdzināt abu daļiņu magnētiskās īpašības. Ar elektroniem ļoti precīzi mērījumi jau veikti, bet pozitroniem tādu pašu precizitāti sasniegt bijis grūtāk. Pēc Amerikas Fizikas biedrības datiem, jaunā ierīce var ļaut antimatērijas daļiņas izmērīt aptuveni 30 reižu precīzāk nekā agrāk.

Līdz šim eksperiments nav atklājis neparedzētas atšķirības starp abām daļiņām. Tas ir uzlabojis spēju šādas atšķirības konstatēt. Ja nākotnē izrādītos, ka pozitrons uz magnētiskajiem laukiem reaģē citādi nekā elektrons, zinātniekiem nāktos pārskatīt dažus likumus, ar kuriem skaidro matērijas un antimatērijas uzvedību.