В CERN впервые измерили световой спектр атома антиматерии

В CERN впервые измерили световой спектр атома антиводорода (антиматерии) в рамка проекта ALPHA и сравнили его со спектром водорода. Эксперимент не показал разницы в двух спектрах, что согласуется со стандартной моделью физики элементарных частиц – теории, которая лучше всего описывает частицы и силы между ними и предсказывает, что водород и антиводород должны иметь одинаковые спектральные характеристики.

Для изучения атомов антиводорода ученые разработали специальную магнитную ловушку, а затем изучили их с помощью лазеров и других источников излучения.

«Перемещение и захват антипротонов и позитронов дается легко, поскольку они являются заряженными частицами. Но когда вы соединяете их вместе, вы получаете нейтральный антиводород, подловить который гораздо труднее. Поэтому мы разработали специальную магнитную ловушку. Она работает за счет того, что антиводород немного намагничивается, – поясняют исследователи CERN»

Ученые рассчитывают повысить точность измерений в будущем. Измерения спектра антиводорода с высокой точностью предлагает создание совершенно нового инструмента, который позволит еще раз удостовериться, отличается ли материя от антиматерии и, таким образом, снова проверить надежность стандартной модели.

Антиводород производят путем смешивания плазмы около 90 тысяч антипротонов и позитронов. В результате получается около 25 тысяч атомов антиводорода. Перехватить их возможно в момент создания, пока они движутся достаточно медленно. Используя новую технику, ученые смогли ловить в среднем 14 антиатомов в ходе одного эксперимента, в то время как раньше речь шла об 1,2 антиатоме.

Атомы состоят из электронов, вращающихся вокруг ядра. Когда электроны перемещаются с одной орбиты на другую, они поглощают или излучают свет на определенных длинах волн, образующих спектр атома. Каждый элемент имеет уникальный спектр. Это позволяет характеризовать внутреннее состояние атомов и молекул. Например, в астрофизике анализ светового спектра удаленных звезд помогает ученым определить их состав.

Имея всего один протон и один электрон, водород является самым распространенным, простым и понятным атомом во Вселенной. Его спектр был измерен с очень высокой точностью. В то же время измерение атомов антиводорода было затруднительно. Ввиду того, что Вселенная, вероятно, полностью состоит из материи, составляющие атома антиводорода – антипротоны и позитроны – должны быть произведены и собраны в атомы антиводорода до того момента, как становится возможно измерить их спектр. Это очень кропотливый, но стоящий усилий процесс, поскольку любое измеримое различие между спектрами водорода и антиводорода нарушило бы базовые принципы физики и могло бы объяснить загадку дисбаланса материи и антиматерии во Вселенной.