Новые опыты ЦЕРН углубили загадку отсутствия антиматерии во Вселенной
Физики провели первые точные замеры того, как свет взаимодействует с частицами антиматерии, и не нашли существенных различий в ее поведении по сравнению с обычной материей, что в очередной раз заставило ученых гадать, почему существует Вселенная. Их выводы были опубликованы в журнале Nature.
"Это первые реальные спектроскопические измерения свойств антиматерии, полученные при помощи лазеров. Сверхвысокая точность наших последних замеров стала главным достижением для нашей команды. Мы 30 лет пытались достичь этой планки, и нам наконец-то удалось реализовать эту мечту", - заявил Джеффри Хангст (Jeffrey Hangst), официальный представитель коллаборации ALPHA.
Как сегодня считают ученые, в первые мгновения после Большого взрыва возникло равное количество материи и антиматерии. При этом Стандартная модель физики говорит о том, что свойства частиц антиматерии зеркально повторяют характеристики своих близнецов, за исключением заряда. Иначе говоря, химические и физические свойства атомов антиматерии и материи должны быть идентичными.
Так как материя и антиматерия аннигилируют при столкновении, во время рождения Вселенной их частицы должны были уничтожить друг друга, лишив мироздание всех запасов и материи, и антиматерии. Поэтому возникает вопрос - куда "пропала" антиматерия и почему существует Вселенная.
Считается, что одна из причин "асимметрии материи" может заключаться в существовании небольших, но достаточно существенных различий в устройстве и свойствах частиц антиматерии. За последние годы физики нашли несколько намеков на то, что такие различия, например в массе протонов и антипротонов, все же существуют, однако их точное изменение затрудняется низкой точностью приборов и микроскопическими масштабами этой асимметрии.
Ангст и его коллеги уже много лет пытаются найти намеки на различия в свойствах материи и антиматерии, используя прибор ALPHA-2 - специальную ловушку для позитронов и антипротонов, заставляющую их объединяться и образовать одиночные атомы антиматерии. Благодаря абсолютной изоляции, атомы антиматерии могут существовать в этой ловушке несколько дней, не распадаясь и не аннигилируя.
Команда ALPHA давно пытается измерить спектр атомов антиводорода, сравнение которого с аналогичными данными для водорода покажет, одинаково ли свет взаимодействует с двумя формами материи, и есть ли даже самые небольшие различия в массе их частиц.
Первые результаты такого рода были получены шесть лет и два года назад, однако эти замеры не были точными из-за того, что они проводились не напрямую, а косвенными путями, наблюдая за последствиями столкновения частиц антиматерии и материи. Ученые были вынуждены действовать так из-за того, что атомов антиводорода было слишком мало. Это мешало поиску возможных следов "новой физики" и раскрытию загадки пропажи антиматерии.
Ангст и его коллеги смогли решить эту проблему, модифицировав структуру ловушки таким образом, что она позволяла им облучать антиводород сразу семью типами лазерных лучей. Объединив картинки, полученные в ходе подобных "обстрелов", ученые смогли повысить точность замеров в 100 раз и достичь уровня погрешности, не превышающего две части на триллион. Это всего на три порядка меньше точности, достигнутой при "обстреле" водорода.
Как и в прошлые два раза, спектры материи и антиматерии полностью совпали, что говорит о том, что они одинаково взаимодействуют со светом и, предположительно, имеют идентичную массу. Вкупе с другими недавними замерами прочих свойств антипротонов, это открытие заставляет ученых все больше задумываться о том, где "прячутся" различия между материей и антиматерией.
Первые ответы на эти вопросы, как надеются Ангст и его коллеги, будут получены очень скоро, когда ALPHA-2 будет модернизирован и расширен, что позволит повысить точность замеров спектра на несколько порядков и приблизиться к разгадке тайны существования Вселенной.
