Співробітники колаборації ALPHA перекрили своє ж власне минулорічне досягнення, збільшивши максимальну час зберігання атомів антиводню в пастці до тисячі секунд

Антиводородом, нагадаємо, називають пов’язане стан антипротона і позитрона. Атомарний водень вважається стабільним, і антиводень, відповідно до CPT-теорема (теорема квантової теорії поля, згідно з якою рівняння теорії не змінюють свого вигляду, якщо одночасно провести три перетворення: зарядового спряження, або заміни часток на античастки, просторової інверсії та обігу часу), повинен мати той же час життя. Якщо атоми антиречовини затримати в пастці на досить тривалий час, можна виконати спектроскопічне дослідження і порівняти спектри антиводню і водню. Такі вимірювання стануть переконливим тестом на збереження СРТ-симетрії; крім того, захоплений антиводень можна використовувати для вивчення гравітаційних властивостей антиматерії.

У минулому році в експерименті ALPHA, яким займається Європейською організацією ядерних досліджень, антиводень вперше вдалося затримати в пастці на 172 мс. Тепер це значення, як бачимо, зросла майже на чотири порядки.

На установці ALPHA антиводень отримують в пастки Пеннінга — пристрої, що використовує однорідне статичне магнітне поле і просторово-неоднорідне електричне поле для зберігання заряджених частинок. Вона доповнюється пасткою Іоффе — Прітчарда з магнітним полем, величина якого досягає мінімуму в її центрі. Для атомів антиводню, у яких спін позитрона спрямований проти магнітного поля в цій точці є мінімум потенційної енергії.

В експерименті «хмара» радіусом 0,4 мм, що містить 1,5•104 антипротонів при ~100 К, змішується з аналогічним «хмарою», утвореним з мільйона позитронів при 40 К. Після секундного взаємодії підготовлених частинок утворюється близько 6•103 атомів антиводню, і велика їх частина анігілює на стінках пастки, але деякі атоми все ж виявляються захопленими. Через деякий заданий час (час зберігання) утримує магнітне поле вимикають, а потім випущений на свободу антиводень анігілює на електродах пастки Пеннінга. Зазначені події такого роду і вважаються свідоцтвами його утримання.

Частота захоплення антиводню (кількість захоплених атомів в перерахунку на одну спробу завантаження в пастку) для всіх часів зберігання, перевірених в експерименті. (Ілюстрація авторів роботи.)

Час зберігання автори обирали з інтервалу 0,4–2 000 с. При утриманні на тисячу секунд ймовірність того, що зареєстровані аннигиляционные події пов’язані зі статистичними флуктуаціями фону космічних променів, а не з антиводородом, становила менше 10-15, що відповідає статистичної значущості у вісім стандартних відхилень (8σ). Коли час збільшували вдвічі, ймовірність підвищувалася до 4•10-3, а значимість знижувалася до 2,6 σ. Нескладно зрозуміти, що в цих умовах антиводень, ймовірно, теж утримувався, але прийнятим у фізиці жорстким вимогам до статистичної значущості дані по двом тисячам секунд не задовольняють.

Варто також зауважити, що переважна більшість атомів антиводню, захоплених на тривалий час, повинно було, за розрахунками, досягти основного стану перед звільненням. Отже, в експерименті були вперше отримані атоми антиречовини в основному стані, які потрібні для точної лазерної та мікрохвильової спектроскопії.

Препринт статті, написаної вченими з ALPHA, можна завантажити з сайту arXiv.

Підготовлено за матеріалами Technology Review.

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *