Фізики захопили перші спектральні відбитки антиматерії

Антиводень

Минуло близько дев'яти місяців з тих пір, як команда дослідників ЦЕРН мала на меті виміряти спектр світла, що випускається дзеркальної часткою водню, антиводню.

Вони тільки почали. Тепер у дослідників є докладні дані про структуру антиводню з використанням спектроскопії, ставлячи знаменна місце в нашому прагненні визначити, чому у Всесвіті є щось, а не нічого.

Під керівництвом канадських дослідників під тим, що називається співробітництвом ALPHA, перший докладний спостереження за структурою «домашнього виробництва» антиводню показало, що його спектральні лінії практично ідентичні спектрами водню.

Якщо б вони були навіть трохи різними, це була б зовсім інша історія, одна з яких означала б тріщину в наших моделях на Всесвіту, яка могла б показати, чому вона виглядає так, як вона.

Однією з поточних великих загадок, що стоять перед сучасною фізикою, є питання, чому все, здається, робиться з одного виду матерії, коли є два види.

Стандартна модель фізики передбачає, що всі частинки мають щось близьке; Відповідна частка, що має дзеркальні властивості, наприклад, протилежний заряд.

Наприклад, негативно заряджений електрон має позитивно заряджений партнер, званий позитроном.

Ці частки утворяться разом як пара. Більш того, якщо зустрічні види частинок зустрічаються, вони компенсуються в гамма-випромінюванні.

Це залишає питання, чому так багато матерії, а не тільки порожня Всесвіт, наспівувати з випромінюванням.

Якщо б була якась дисбаланс в уявній симетрії Всесвіту, це зробило б довгий шлях, пояснивши, чому у нас вийшло, що після Великого вибуху з'явилося досить матерії, щоб побудувати пару трильйонів галактик.

Шукаєте різницю в двох типах матерії - це гарне місце для початку, як будь-який.

Крок номер один отримує достатньо антиречовини в одному місці, що нелегко.

Співпраця ALPHA вдалося зробити це, запустивши CERN Antiproton Decelerator і випустивши близько 90 000 антипротонів.

Щоб створити елемент антиводню, їм необхідно було пов'язати кожен антипротон з позитроном.

Навіть після створення 1,6 мільйона позитронів дослідникам вдалося створити близько 25 000 атомів антиводню.

Відносна частина з них була досить повільною, щоб потрапити в спеціальне силове поле, яке не давало їм доторкнутися до «нормального» матерії і зникати в одну мить.

«Ми повинні тримати їх в стороні», - каже дослідник Джастін Мюнхен.

«Ми не можемо просто поміщати наші антиатоми в звичайний контейнер. Їх потрібно захоплювати або утримувати всередині спеціальної магнітної пляшки.

В цілому, команді вдалося захопити і виявити тільки 194 атома протягом ряду випробувань, що дає вам деяке уявлення про труднощі, пов'язані з вивченням навіть найпростіших форм антиречовини.

На щастя, цього було достатньо, щоб опромінити зразок антиводню мікрохвилями з різними частотами і спостерігати їх реакцію.

Спектроскопія

Коли одиниця електромагнітного випромінювання, такого як мікрохвильова піч, потрапляє на електрон, вона поглинає її і змінює положення. Відскочивши назад, він вихлюпує свою власну хвилю світла.

Різні елементи поглинають і випромінюють свій власний спектр світла на певних довжинах хвиль, створюючи картину, яка багато говорить фізикам про структуру атома, яка провадить їх.

«Спектральні лінії подібні відбитками пальців. Кожен елемент має свою унікальну структуру », - каже дослідник Майкл Хейден з Університету Саймона Фрейзера. Теоретично, як дзеркала одного і того ж елемента, водень і антиводню повинні ділитися цим малюнком.

Раніше дослідження показали, що це було правдою, але деталі були недостатньо ясні, щоб бути остаточними.

Вперше дослідники знайшли спосіб зафіксувати дрібні деталі спектральних ліній антиводню і показати, що вони фактично ідентичні водню.

Випромінювання атомів антиводню микроволнами дозволило фізикам визначити його легкий відбиток пальцем досить опосередковано, використовуючи специфічні зміни в антиводню, які змусили їх вибратися з магнітною пляшки для точної настройки оцінок на її спектральних лініях.

«Спектроскопія - дуже важливий інструмент у всіх областях фізики. Ми вступаємо в нову епоху, розширюючи спектроскопію до антиречовини », - говорить Джеффрі Хенгст, представник експерименту ALPHA.

«Завдяки нашим унікальним методам ми тепер можемо спостерігати детальну структуру атомів антиречовини в годинах, а не в тижнях, чого ми навіть не могли собі уявити кілька років тому».

Прямо зараз, порівняння показало ефективність використання спектроскопії, а не результат монументальної нової фізики. Але нові інструменти, подібні цим, будуть важливі при вивченні антиматерії в майбутньому.

«Вивчаючи властивості антиатомів, ми сподіваємося дізнатися більше про Всесвіт, в якій ми живемо, - каже Хейден.

«Ми можемо зробити антиматерію в лабораторії, але вона, судячи з усього, не існує природним чином, крім як в невеликих обсягах. Чому це? Ми просто не знаємо. Але, можливо, антиводню може дати нам деякі підказки.

Це дослідження було опубліковано в Nature.