Луч атомов антиводорода – еще одно испытание для стандартной модели
Стандартная модель физики элементарных частиц предполагает равенство и противоположность материи и антиматерии – во всем. Однако наблюдаемая нами часть Вселенной почти вся состоит из материи. Эта асимметрия остается одной из величайших нераскрытых тайн физики.
Но в поиске различий между материей и антиматерией только что взят новый рубеж: Ясунори Ямадзаки (Yasunori Yamazaki) и его коллеги из лаборатории атомной физики университета RIKEN (Токио) впервые создали стабильный луч атомов антиводорода.
Водород содержит положительно заряженный протон и отрицательно заряженный электрон. Электрон может занимать два слегка отличных друг от друга основных состояния, в зависимости от того, как его спин соотносится со спином протона (так называемое сверхтонкое расщепление).
Антиводород же состоит из отрицательно заряженного антипротона и положительно заряженного антиэлектрона (или позитрона). Оно из основных положений стандартной модели (СРТ-инвариантность/симметрия) гласит, что антиводород должен демонстрировать точно такое же сверхтонкое расщепление, что и водород. «Если оно отличается, мы можем немедленно заключить, что СРТ-симметрия нарушена, и стандартную модель нужно заменить на иную теорию», - говорит Ямадзаки.
Измерение сверхтонкого расщепления антиводорода – чрезвычайно сложная задача. Поскольку при контакте с обычной материей антиматерия немедленно аннигилируется, ученые ловят ее с помощью магнитных полей. Однако те могут менять энергию сверхтонкого перехода, что уменьшает точность измерений. Чтобы избежать этого, Ямадзаки и его коллеги, участвующие в ЦЕРН’овском эксперименте ASACUSA (Atomic Spectroscopy and Collisions Using Slow Antiprotons, спектроскопия и столкновение атомов с помощью медленных антипротонов) создали луч атомов антиводорода, которые можно детектировать на расстоянии, вдали от искажающих магнитных полей.
Луч антиводорода получается из смеси антипротонов и позитронов в специальной конфигурации магнитных и электрических полей – заостренной ловушки (cusp trap). Атомы антиводорода убегают из ловушки в виде луча и могут быть «увидены» на расстоянии 2,7 метра. Однако для измерения сверхтонкого расщепления понадобятся атомы антиводорода более низких энергий. «Наша следующая цель – создать “холодный” луч атомов антиводорода в основном состоянии», - говорит Ямадзаки.
Эксперимент со сверхтонким расщеплением потребует возбуждения атомов антиводорода с помощью радиоволн частотой 1,4 гигагерц, которые вызывают спонтанный переход с одной ориентации спинов на другую. Исследователи надеются, что эти революционные эксперименты можно будет провести к концу 2014 года.
Исследование представлена в журнале Nature Communications.
По материалам пресс-релиза RIKEN.
Артём Космарский nauka21vek.ru