Ученые из ЦЕРН получили ключевое доказательство Стандартной модели

Физики из Европейского центра ядерных исследований (ЦЕРН) впервые с помощью лазера сравнили атомы вещества и антивещества. Это достижение может стать началом новой эры высокоточных исследований антиматерии

В Европейском центре ядерных исследований физики впервые смогли исследовать атом антивещества в оптическом спектре. Наблюдая переход водорода в антиводород, ученые сравнили атом и антиатом, чтобы определить, подчиняются ли они одним и тем же законам физики. Пока результаты исследования полностью согласуются со Стандартной моделью физики элементарных частиц, согласно которой водород и антиводород имеют одинаковые спектроскопические характеристики.

Это первое подобное наблюдение спектральной линии в атоме антиводорода, и оно позволило провести сравнение вещества и антивещества. В пределах экспериментальных погрешностей разницы по сравнению с эквивалентной спектральной линией в водороде не наблюдалось. Это подтверждает постулаты физики элементарных частиц, которая описывает частицы и предполагает, что у водорода и антиводорода должны быть одинаковые спектроскопические характеристики.

Почему это исследование так важно? Дело в том, что в Стандартной модели физики элементарных частиц водород и антиводород должны иметь одинаковые спектроскопические характеристики. Если бы это не подтвердилось в ходе эксперимента, ученым пришлось бы создавать новую модель, переписывая заново физику частиц.

В эксперименте ЦЕРН физики сравнивали свойства атомов водорода и созданного искусственно антиводорода. В ходе исследования с помощью модернизированной установки накопления атомов антиводорода ALPHA создавались скопления до 25 000 антиатомов и удерживались в специальной магнитной ловушке. Такие ловушки позволяют исследовать атомы антиводорода с помощью лазеров или других источников излучения.

Антиводород производится путем смешивания около 90 000 антипротонов из замедлителя антипротонов с позитронами, что приводит к образованию около 25 000 атомов антиводорода за раз. Атомы антиводорода попадают в магнитную ловушку, если движутся достаточно медленно сразу после создания. Использование этой новой методики позволяет улавливать в среднем 14 антиатомов в одном цикле, по сравнению с 1,2 антиатомов в более ранних испытаниях. Освещая пойманные атомы лазерным лучом в точно настроенной частоте, ученые наблюдали взаимодействие пучка с внутренними состояниями антиводорода. Измерение было сделано путем наблюдения так называемого перехода 1S-2S (переход позитрона с основного на первый возбужденный уровень). Состояние 2S в атомарном водороде долговечно, что приводит к узкой естественной ширине линии, поэтому оно хорошо подходит для измерения.

Сейчас ученые ЦЕРН рассчитывает повысить точность своих измерений, и ставят целью проверить, актуальны ли полученные данные для антиатомов других веществ.