Новая ловушка антивещества объясняет, почему космос не самоуничтожился

Одним из ведущих методов исследования материи является допплеровское лазерное охлаждение: лазерный луч направляется на атом и поглощается им, после чего частица спонтанно переизлучает фотон, частота которого больше, чем у поглощенного фотона.

Однако антиматерию крайне сложно заставить реагировать на такое воздействие, потому для ее исследования применяется косвенное охлаждение. В этом случае лазером охлаждают группу ионов, находящихся рядом с антивеществом, после чего ионы поглощают тепло античастиц.

При этом возникает проблема: как разместить вещество и антивещество в одной и той же ловушке так, чтобы они не аннигилировали, то есть чтобы частицы и античастицы не столкнулись и не превратились в какие-либо иные частицы.

Физики из Европейской организации по ядерным исследованиям (ЦЕРН) в рамках эксперимента по изучению симметрии барионов и антибарионов (BASE) соединили две ловушки Пеннинга с 3,5 дюймовым сверхпроводящим резонансным электрическим контуром. Такие устройства используются для хранения и точных измерений свойств заряженных частиц, например, ионов или стабильных субатомных частиц, имеющих электрический заряд.

В одной из ловушек содержится облако ионов бериллия, в другой – один антипротон. 

Емкости соединены сверхпроводящей цепью, которая обеспечивает обмен энергией на расстоянии 9 см. При охлаждении бериллия лазером энергия передается по цепочке ионов к антипротону и он также охлаждается. Такой метод позволяет понижать температуру антивещества намного быстрее и до более низких значений. Так, всего за 10 секунд температура античастиц понижается до 20-50 милликельвинов (около –273,1 ⁰С). Ранее для их охлаждения до 100 мК (–273,05 ⁰С) требовалось 10 часов. Это важный шаг в развитии прецизионной лазерной спектроскопии, так как дает возможность проводить более точные измерения.

В перспективе использование новой ловушки поможет понять, почему во Вселенной так мало антивещества. Согласно общепринятой модели физики элементарных частиц, а именно СРТ-инвариантности, фундаментальные свойства частиц должны быть равны и отчасти противоположны свойствам соответствующих им античастиц. Иными словами разница между материей и антиматерией должна быть только в заряде и небольших вариациях в квантовых числах. 

Но если новые исследования покажут, что существуют иные различия, например, между массами, зарядами, временем жизни или магнитными моментами, это может изменить представление об антивеществе и его роли в нашей Вселенной. В частности, можно будет понять, почему в ней содержится намного больше материи, чем антиматерии.