Создана эффективная ловушка для позитронов

Ученым из Мюнхенского технического университета (TUM) и Института общества Макса Планка по плазменной физике (IPP) впервые удалось без потерь поместить в магнитную ловушку позитроны — античастицы электронов. Это важный шаг для создания плазмы из вещества и антивещества, а именно из электронов и протонов. Считается, что такие плазмы возникают вблизи нейтронных звезд и черных дыр. Исследование описано в статье журнала Physical Review Letters.

Возможность захватывать и удерживать позитроны фундаментальна для изучения плазмы из электрон-позитронных пар. Такие плазмы представляют большой интерес для исследования фундаментальных вопросов в физике плазмы и астрофизике.

Позитроны — античастицы электронов, обладающие аналогичными свойствами, кроме заряда: у позитронов он положительный, а не отрицательный. Когда позитрон сталкивается с электроном, оба мгновенно аннигилируют во вспышке света. Так как повсюду на Земле нас окружают электроны, крайне сложно удерживать позитроны так, чтобы они просуществовали хоть какое-то время.

К счастью, ученые разработали NEPOMUC — самый мощный источник позитронов в мире, расположенный в Гархинге к северу от Мюнхена и способный производить до 900 миллионов позитронов в секунду.

Плазмофизики стимулировали эту электрон-позитронную плазму на протяжении 40 лет, но к настоящему прорыву приблизились только сейчас. Дело в том, что очень сложно перемещать такие заряженные частицы, как позитроны, в магнитную ловушку: те же самые законы физики, которые удерживают частицы внутри нее, не дают нужным частицам в нее попасть.

Магнитное поле новой ловушки похоже на магнитное поле Земли и других небесных тел. Ученым пришла в голову идея быстро пускать электрическое напряжение по краю ловушки, чтобы провести позитроны через магнитные «преграды». После отключения напряжения позитроны остаются в своей «клетке». Физики даже удивились, как удачно все сработало.

Сейчас ученым удается удерживать позитроны чуть дольше секунды. Никто до этого в мире не мог достичь подобных результатов при помощи таких ловушек.

Работа проводится в рамках проекта APEX (A Positron-Electron Experiment, или Позитрон-электронный эксперимент) в Институте общества Макса Планка по плазменной физике. Цель проекта — получить электрон-позитронную плазму и удерживать ее в магнитной ловушке. Первый шаг — получить и сохранить достаточное количество позитронов. Следующим этапом будет получение и изучение таких плазм.

Как уже отмечалось, астрофизики предполагают, что такие экзотические плазмы возникают вблизи нейтронных звезд и черных дыр. Ожидается, что в рамках земной плазменной физики симметрия масс позитронов и электронов приведет к новым данным о волнах и турбулентности в плазмах, что, в свою очередь, поможет использовать ядерный синтез для получения энергии.