Впервые получен спектр антиводорода

Ученым из коллаборации ALPHA, объединяющей 50 физиков из 17 институтов, удалось впервые наблюдать спектральные линии атома антиводорода.

Точно так же, как и привычное нам вещество, его антипод из антиматерии имеет набор спектральных линий, являющихся таким же характерным признаком, как отпечатки пальцев для человека. Он теоретически должен быть совершенно таким же, как спектр «нормального» вещества, и убедиться в этом было бы очень интересно. Но до сих пор спектр антивещества никто не наблюдал.

Проблема в том, что с антивеществом очень трудно работать. Любой контакт с обычной материей приводит к немедленной аннигиляции, после чего изучать становится нечего.

Антиматерию обычно содержат в специальных ловушках, где роль барьера играет электромагнитное поле. Добавим глубочайший вакуум и получим среду, в которой античастицы можно держать очень долгое, по меркам физики, время — сотни и даже тысячи секунд.

Использованная в описываемом опыте установка (см. рисунок) построена на основе известной среди специалистов ловушки Пеннинга. Пучки позитронов и антипротонов подаются в реакторную камеру с разных сторон, там смешиваются, и некоторая часть античастиц рекомбинирует, превращаясь в полноценные атомы антиводорода. Напомним, что антипротон — это, по сути, атомное ядро, ион антиводорода, которому не хватает только позитрона.

Типичный состав ингредиентов, используемых для приготовления смеси, — 90 тысяч антипротонов и 1,6 миллиона позитронов. Из них за одну секунду получается порядка 25 тысяч атомов антиводорода — много меньше самой маленькой капли. Подавляющее большинство имеет слишком высокую кинетическую энергию, поэтому вылетает из ловушки и аннигилирует. Ловушка может удержать только атомы, энергия которых соответствует температуре менее 0,54 К. Таковых за один раз набирается всего около двух десятков. Поскольку этого все-таки маловато, смешивание повторяют несколько раз.

Получившееся антивещество облучается и поглощает волны определенных частот. Осталось только их измерить — и вот он, спектр. Разумеется, реальная работа с образцами, насчитывающими десятки атомов, выглядит совсем не просто, но описывать ее мы не будем. Желающие могут обратиться к статье, опубликованной сегодня в Nature.

Пока полученный спектр антиводорода выглядит так же, как спектр его «нормального» антипода. Ученые намерены провести дальнейшие эксперименты, увеличив чувствительность своей техники.

Когда-то во Вселенной было поровну вещества и антивещества. Затем что-то случилось и антивещество практически исчезло. Мы подробно писали об этом совсем недавно.