Новая ловушка антиматерии может помочь объяснить, почему космос не самоуничтожился

Антивещество или антиматерия - сложное вещество для изучения, не в последнюю очередь потому, что оно уничтожит любой контейнер, в который вы его попытаетесь поместить. Но теперь физики из ЦЕРНа разработали новую ловушку для антивещества, которая может охлаждать образцы за секунды, а не часы. Этот прогресс позволяет ученым дольше изучать более крупные образцы, что может помочь раскрыть некоторые из самых больших загадок Вселенной.

Читай также: Антиматерию нашли в земном урагане

Антивещество - это своего рода "злой двойник" обычной материи, которая доминирует в окружающем нас мире. Основное отличие состоит в том, что его частицы имеют заряд, противоположный их обычным аналогам, но это простое изменение имеет важное значение - если частицы вещества и антивещества когда-либо встречаются, они уничтожают друг друга в виде всплеска энергии.

К счастью для нас, антивещество сегодня крайне редко встречается во Вселенной, но ученые не уверены, почему это так. Согласно Стандартной модели, Большой взрыв должен был создать равные количества вещества и антивещества, которые затем должны были столкнуться и уничтожить большую часть содержимого Вселенной, прежде чем он действительно начался. Тот факт, что мы сейчас здесь, чтобы задавать вопросы, показывает, что этого не произошло, но то, что сместило чашу весов в сторону материи, остается одной из самых загадочных загадок науки.

К сожалению, редкость и изменчивость антивещества затрудняют исследование проблемы. Его можно создать только в крошечных количествах на таких объектах, как Большой адронный коллайдер, где частицы сталкиваются вместе, образуя пары частиц материи и антивещества. Кроме того, его трудно хранить - очевидно, вы не можете просто засунуть антивещество в банку, потому что оно исчезнет, ​​как только вступит в контакт с материей.

Читай также: Физики смогли получить антиматерию при помощи лазера

Итак, ученые хранят антивещество в так называемых ловушках Пеннинга, которые используют электромагнитные поля для удержания частиц и античастиц в вакууме. Эти образцы часто охлаждают до чрезвычайно низких температур, чтобы уменьшить шум, но методы, обычно используемые в отношении вещества, сложно применить к антивеществу. Теперь исследователи ЦЕРНа разработали новую версию этих ловушек для охлаждения антивещества, что увеличивает размеры образцов антивещества, доступных для экспериментов, и улучшает точность измерений.

Лазерное охлаждение является одним из ведущих методов - по сути, когда на атом попадает лазерный луч, он поглощает, а затем повторно излучает фотон, который изменяет его импульс. Трудно заставить антивещество напрямую реагировать на этот метод, хотя другой проект ЦЕРН недавно сделал прорыв в этой области. Вместо этого антивещество можно охладить косвенно, путем охлаждения близлежащих ионов лазером, которые затем поглощают тепло от частиц антивещества. Проблема, однако, сводится к тому, что вещество и антивещество помещаются в одну и ту же ловушку.

Итак, для новой версии ученые из коллаборации CERN BASE соединили две ловушки Пеннинга с 3,5-дюймовым сверхпроводящим резонансным электрическим контуром. Одна ловушка содержит облако ионов бериллия, а другая - единственный антипротон. Когда бериллий охлаждается лазером, энергия передается от антипротона через цепь к ионам, таким образом охлаждая антипротон.

Команда говорит, что этот метод может охлаждать образцы намного быстрее, чем обычно, и до более низких температур.

Читай также: Физики признали Вселенную нереальной

"Это важная веха в прецизионной спектроскопии ловушек Пеннинга", - говорит Кристиан Сморра, автор исследования. "Благодаря оптимизированным процедурам мы должны быть в состоянии достичь температуры частиц порядка 20–50 мил- кельвинов (мК), в идеале при времени охлаждения порядка 10 секунд. Предыдущие методы позволяли достичь 100 мК за 10 часов".

Это открывает путь к более точным измерениям, которые, в свою очередь, могут пролить свет на то, почему во Вселенной так мало антивещества. Считается, что заряд - единственная реальная разница (наряду с небольшими вариациями в квантовых числах ) между материей и антивеществом, но лучше не полагаться на предположения. Ученые изучают некоторые фундаментальные свойства антивещества и сравнивают их с их аналогами из материи - если что-то еще отличается, это может быть ключом к разгадке всей тайны.

"Наше видение состоит в том, чтобы постоянно улучшать точность наших сравнений материя-антивещество, чтобы лучше понять космологическую асимметрию вещества-антивещества", - говорит Стефан Улмер, автор исследования. "Недавно разработанный метод станет ключевым методом в этих экспериментах, направленных на измерение фундаментальных констант антивещества на уровне частей на триллион".

Напомним, ранее сообщалось, что антиматерия оказалась похожей на обычное вещество.

• Теги:
• антиматерия