Учёным удалось задержать атомы антиводорода в магнитной ловушке

Антиводородом называют связанное состояние антипротона и позитрона. Первые атомы такого типа были получены в Европейской организации по ядерным исследованиям, где проводится эксперимент ALPHA, ещё в 1995 году. Через семь лет участники проектов ATHENA и ATRAP свободно создавали уже десятки тысяч атомов антиводорода.

На установке ALPHA антиводород образуется при взаимодействии антипротонов, получаемых путём облучения протонами металлической мишени, и позитронов, рождающихся в результате распада изотопа 22Na. Сам процесс объединения небольших "облаков" предварительно охлаждённых частиц развивается в вакууме в ловушках Пеннинга. Заметим, что гораздо более подробное описание эксперимента можно найти в статье Л. И. Меньшикова и Р. Ландуа, опубликованной в 2003 году в журнале "Успехи физических наук".

Изучать полученное антивещество мешала его скорая аннигиляция. "Физики должны оценить свойства антиводорода, а выполнить необходимые опыты можно только в том случае, если время его существования будет довольно большим", — формулирует задачу сотрудник Калифорнийского университета в Сан-Диего Клифф Сарко (Cliff Surko).

В ново работе с целью улавливания и удерживания нейтрального антиводорода к стандартному набору оборудования была добавлена ловушка Иоффе — Притчарда. В такой ловушке создаётся магнитное поле, величина которого достигает минимума в её центре. Для атомов антиводорода, у которых спин позитрона направлен против магнитного поля, в этой точке имеется минимум потенциальной энергии.

В каждом отдельном опыте было задействовано около 30 000 антипротонов, охлаждённых до 200 К, и двух миллионов позитронов, охлаждённых до 40 К. Задержать получаемый антиводород удавалось крайне редко: повторив испытания 335 раз (то есть пронаблюдав взаимодействие 10 млн антипротонов и 700 млн позитронов), физики отметили только 38 случаев захвата антиводорода в ловушку на относительно продолжительное — превышающее 172 мс — время. Результаты эксперимента оценивались с помощью детекторов, которые регистрировали продукты аннигиляции антиводорода (пионы) при "выключении" ловушки. Сравнивая эти данные с заготовленными моделями, авторы отделяли полезные события от фоновых — попадания космических лучей или банальной аннигиляции антипротонов.

Поскольку эффективность детекторов далека от идеальной, реальное число захваченных атомов, вероятно, приближается к 80.

Заключительным этапом экспериментов должны стать спектроскопические измерения, для выполнения которых, как считает г-н Сарко, необходимо захватить в ловушку сразу 100 атомов антиводорода. Переоценить значение таких измерений трудно: если окажется, что спектры водорода и антиводорода не совпадают, стандартная модель физики частиц автоматически станет некорректной.

Возможно, первой подходящие для спектроскопии условия создаст упомянутая выше конкурирующая коллаборация ATRAP. "Вместо того чтобы демонстрировать захват 38 отдельных атомов, мы разрабатываем методику длительного удержания гораздо большего числа более холодных атомов антиводорода", — заявляет сотрудник коллаборации Джеральд Габриелсе (Gerald Gabrielse).

 

Фото:  Niels Madsen, ALPHA / Swansea

Читайте Comments.ua в Google News