Физики из Северо-Западного университета в США смогли поймать и удержать в ловушке на несколько месяцев отдельную частицу антиматерии — позитрон. Это позволило им с высокой точностью управлять её состоянием и открыло путь к эксперименту, который может объяснить, почему наша Вселенная состоит из вещества, а не исчезла в момент Большого взрыва.
Согласно современным представлениям, при рождении Вселенной вещества и антивещества должно было возникнуть поровну. Но при встрече частица и античастица уничтожают друг друга, превращаясь в энергию. Если бы так и случилось, мироздание бы просто исчезло. Существование нашего мира указывает на то, что у вещества было какое-то, пусть и крошечное, преимущество. Найти его — одна из главных задач физики.
Изучать антивещество крайне сложно: его нельзя поместить в обычный контейнер, потому что при соприкосновении со стенками оно будет немедленно уничтожено. Группа учёных под руководством профессора Джеральда Габриэлса решила эту задачу. Они использовали позитрон — античастицу электрона, — который испускался при радиоактивном распаде изотопа натрия-22. С помощью сложной системы электрических и магнитных полей исследователи замедлили быструю частицу и поместили её в специальную ловушку.
Внутри ловушки поддерживается глубокий вакуум, а её внутреннее пространство охлаждено до 0,3 градуса выше абсолютного нуля. Невидимые поля удерживают позитрон в пространстве, не давая ему коснуться стенок. В таких условиях частица успокаивается, переходит в своё самое низкоэнергетическое состояние и ведёт себя как «искусственный атом», которым можно управлять месяцами. Учёные называют свою установку «однопозитронным квантовым циклотроном».
Теперь физики могут с огромной точностью измерить магнитный момент позитрона — одну из его фундаментальных характеристик. В одном из предыдущих экспериментов удалось измерить аналогичный параметр для электрона с точностью до одной десятитриллионной доли. Цель нового исследования — сравнить эти два значения. Стандартная модель, главное на сегодня описание мира элементарных частиц, предсказывает, что они должны быть абсолютно одинаковы.
Если же измерения покажут расхождение, это будет означать, что законы физики для вещества и антивещества всё-таки немного различаются. Такое открытие стало бы прорывом в понимании устройства Вселенной.
Современные теории предполагают, что разницы в двух измерениях не будет. Если окажется, что они не равны, это станет величайшим открытием в физике за последнее столетие.
— Джеральд Габриэлс, руководитель исследования
Результаты работы опубликованы в научном журнале Physical Review Letters.
Письма читателей