Новости

Антивещество охладили лазерным лучом почти до абсолютного нуля

Ученые из Канады в эксперименте Antihydrogen Laser Physics Apparatus (ALPHA) в Европейском совете по ядерным исследованиям (ЦЕРН) впервые охладили антивещество почти до абсолютного нуля, захватив его в магнитную ловушку и облучив лазерным светом.

Исследование опубликовано в журнале Nature, коротко о нем рассказывает Live Science.

Антивещество — противоположность обычной материи. Теория антивещества была впервые выдвинута Полем Дираком в 1928 году. Частицы антивещества идентичны своим двойникам, за исключением их зеркальных физических свойств: электрон имеет отрицательный заряд, а его двойник из антивещества, позитрон, — положительный. Причина, по которой мы не сталкиваемся с антивеществом так часто, как с обычной материей, заключается в том, что эти два вещества аннигилируют друг друга при контакте, что чрезвычайно затрудняет хранение и изучение антивещества при жизни в материальном мире.

Однако благодаря ряду технических достижений исследователи смогли это сделать. После ускорения обычных частиц материи до скорости, близкой к световой, а затем их столкновения команда ученых смогла создать античастицы. Затем исследователи замедлили движущиеся античастицы, используя чрезвычайно сильные магнитные и электрические поля. Облака позитронов и антипротонов удерживались внутри магнитного поля, пока не объединились, сформировав антиводород. На этом этапе исследователи охладили облако антиводорода, облучив его лазером, до 0,05 °К — почти до абсолютного нуля.

Но как охладить что-нибудь с помощью лазера? Движение частиц создает тепло. Хитрость заключается в том, что фотоны (световые частицы) в лазерном луче движутся в направлении, противоположном движущимся частицам антивещества. Поскольку фотоны имеют свой собственный импульс, их поглощение антиводородом при движении в противоположном направлении может фактически замедлить антиводород. Но свет может взаимодействовать с антивеществом только в том случае, если он настроен на определенные длины волн, на которых может поглощаться антиатомом.

«Представьте, что антиводород — это камень для керлинга, а фотоны — маленькие хоккейные шайбы, — сказал один из исследователей Макото Фудзивара. — Мы пытались замедлить камень, стреляя по нему шайбами только тогда, когда он двигался к нам. Это действительно сложно в атомном масштабе, поэтому мы используем эффект Доплера, чтобы настроить шайбы так, чтобы они могли взаимодействовать с камнем, когда он движется к нам, а не в другую сторону и не стоит на месте».

Охлажденное антивещество поможет исследователям проводить гораздо более точные измерения, открывая ряд экспериментов для исследования некоторых из самых глубоких загадок физики. Например, сбросив облако антивещества с высоты, можно проверить, реагирует ли оно на гравитацию так же, как и обычная материя. Или, посветив на это облако, можно сравнить уровни энергии антиводорода с уровнями энергии обычного вещества с беспрецедентной точностью.

«Мы хотим получить один антиатом в вакууме и разделить его на квантовую суперпозицию, чтобы он создавал интерференционную картину с самим собой», — сказал Фудзивара. Квантовая суперпозиция позволяет очень маленьким частицам, таким как атом антиводорода, появляться одновременно в нескольких местах. Поскольку квантовая частицы ведут себя и как частицы, и как волны, они могут мешать самим себе, создавая структуру пиков и впадин.

«Таким образом, мы действительно можем точно изучить, как он взаимодействует с другими силами и каковы его общие свойства», — пояснил ученый.

Команда планирует отправить антиатомы для экспериментов в открытый космос, а также объединить их для производства первых в мире молекул антивещества.

Фото: Maximilien Brice

Ученые раскрыли тайну происхождения антиматерии во Вселенной

Будущее человечества

Читайте также
На Байкале начинает работу глубоководный нейтринный телескоп
На Байкале начинает работу глубоководный нейтринный телескоп
Уникальные характеристики байкальского льда обеспечат беспрецедентную точность измерений.
Два в одном: открыто новое состояние воды
Два в одном: открыто новое состояние воды
Жидкое-жидкое.
Предложен способ превращения обычного кирпича в батарейку
Предложен способ превращения обычного кирпича в батарейку
Понадобится небольшой апгрейд.