Физики рассмотрели атомы антивещества

Как водород – простейший атом вещества, так и антиводород – самое простое антивещество. Состоит он из ядра, содержащего антипротон, вокруг которого вращается позитрон («антиэлектрон»). В природе антиводород не встречается, уж слишком мало в ней антивещества, а все появляющиеся античастицы быстро аннигилируют, взаимодействуя с частицами вещества обычного.

Однако ученым удается получать отдельные античастицы – и даже антиводород целиком – в лаборатории. Это весьма сложная и дорогостоящая задача с крайне малым и недолгим результатом. Синтезированное антивещество лишь на короткое время получается удержать в ловушке мощных электромагнитных полей, однако вскоре происходит случайное взаимодействие – и аннигиляция. До сих пор такие манипуляции удавалось совершить максимум для пары атомов антиводорода.

Все это сильно затрудняет экспериментальное изучение свойств антиматерии. И хотя теория предсказывает, что спектральные характеристики, частоты излучения, которое поглощает и испускает антиводород, должны совпадать со спектром обычного водорода, до сих пор проверено это не было. Лишь недавно такие наблюдения смогла проделать команда из более чем полусотни физиков Европейской организации по ядерным исследованиям (ЦЕРН), работающих в коллаборации ALPHA. Результаты этой работы приводятся в статье, опубликованной журналом Nature.

В ходе эксперимента ALPHA-2 ученые смогли наладить почти полноценное «производство», получая за цикл около 1,6 млн позитронов и 90 тыс. антипротонов, помещая их в ловушку и позволяя провзаимодействовать. Большинство атомов антиводорода, которые образуются в итоге, слишком энергичны и подвижны, и лишь самые холодные удерживаются ловушкой.

Из примерно 25 тыс. атомов остается порядка 14 штук, которые авторы затем облучали лазером, измеряя длину волны фотонов, которые поглощает и излучает антиводород при переходе его позитрона с первого (1S) на второй (2S) энергетический уровень. Как и предсказывала теория, она оказалась той же, что и у его зеркальной копии – обычного водорода.

Точность спектральных измерений пока оставляет желать лучшего, и, по словам ученых, в дальнейшем они намерены провести более аккуратные наблюдения спектра, а также проверить действие на антивещество сил гравитации.