Физики несколько месяцев удерживали одну частицу антиматерии, чтобы изучить её свойства
Исследователи из Северо-Западного университета (США) несколько месяцев удерживали в ловушке один позитрон — античастицу электрона. Это позволяет повторять измерения и точнее искать возможные различия между материей и антиматерией.
Группа физиков из Северо-Западного университета (Northwestern University, США) несколько месяцев удерживала в ловушке одну частицу антиматерии — позитрон, античастицу электрона. Частицу охладили до температуры, близкой к абсолютному нулю, и исследователи смогли с высокой точностью управлять её квантовыми состояниями, не касаясь её. Результаты опубликованы в журнале Physical Review Letters. Они связаны с одной из главных загадок физики: почему во Вселенной преобладает обычная материя.
Почему антиматерию трудно изучать
Математика предсказывает, что у каждой частицы материи есть соответствующая античастица, и учёные подтвердили это экспериментально. Поэтому в теории во Вселенной должно быть сходное количество того и другого, однако почти всё наблюдаемое состоит из обычной материи. Причина до сих пор неизвестна.
Антиматерию можно получать в лабораториях, но изучать её сложно. При контакте с обычной материей частица и античастица аннигилируют, высвобождая энергию. Чтобы этого избежать, учёные используют вакуумные камеры и электромагнитные поля, удерживающие античастицы в изоляции. Тем не менее исследовать их поведение на квантовом уровне по-прежнему трудно.
Как работает новое устройство
Команда под руководством Джеральда Габриэлса создала устройство, названное квантовым циклотроном для одного позитрона. С помощью электрических и магнитных полей оно удерживает позитрон в вакууме при температуре, близкой к абсолютному нулю. Благодаря этому частица находится в состоянии с наименьшей энергией, и исследователи могут вызывать контролируемые изменения её квантового поведения. В отличие от других методов физики частиц, этот подход не уничтожает частицу, поэтому её удавалось удерживать месяцами и повторять измерения.
Что это может дать
Известно, что у материи и антиматерии очень схожие свойства: у электрона и позитрона абсолютно одинаковая масса, но противоположные электрические заряды. Тем не менее неясно, насколько именно они похожи и не остались ли в прежних экспериментах незамеченными небольшие различия. Исследователи хотят сравнить магнитные свойства обеих частиц. Для электронов уже получены очень точные измерения, а добиться такой же точности для позитронов было сложнее. По данным Американского физического общества, новое устройство может позволить измерять частицы антиматерии примерно в 30 раз точнее, чем раньше.
Пока эксперимент не выявил неожиданных различий между двумя частицами. Он повысил возможность обнаруживать такие различия. Если будущие измерения покажут, что позитрон реагирует на магнитные поля иначе, чем электрон, учёным придётся пересмотреть некоторые законы, которыми объясняют поведение материи и антиматерии.
