Лазерный мир

Эксперименты с измерением свойств и характеристик антиматерии довольно сложны, что обусловлено природой этого вещества: оно очень нестабильно и моментально разрушаются при контакте с обычной материей, так что стандартные научные способы и инструменты здесь бесполезны.

Группа ученых, работающая в рамках программы ALPHA впервые измерили антиматерию, а точнее, ее оптический спектр. Результаты показали, что антиводород является точным зеркальным отражением обыкновенного водорода.

В рамках эксперимента команда наполнила вакуумную трубку позитронами (положительно заряженные частицы) и антипротонами (частицы, несущие отрицательный электрический заряд) с целью получения антиводорода. Затем, используя вакуумную ловушку, ученые поймали небольшое количество атомов антиводорода и смогли удержать в стабильном состоянии на протяжении определенного времени. Этого времени хватило, чтобы провести все запланированные измерения.

Ученые использовали специальную лазерную установку, чтобы наблюдать переходы позитронов между энергетическими уровнями у антиводорода и сравнить эти процессы с таковыми у обыкновенного водорода. Тесты также включали воздействие на пойманные частицы лазерным излучением. Это делалось для того, чтобы заставить их позитроны «перепрыгивать» с низкого энергетического уровня на более высокий, и обратно. Перепрыгивая с одного энергетического уровня на другой, они излучали свет, который физики и изучали.

Результаты исследования показали, что модель поведения антиводорода практически не отличается от таковой у обычного водорода, только у последнего частицы несут отрицательный заряд. Отметим, что полученные экспериментальным путем результаты ничуть не противоречат Стандартной модели физики элементарных частиц, которая гласит, что водород и антиводород имеют одинаковые характеристики испускаемого света. Так что переосмыслять законы физики на сей раз не потребовалось.

Сам факт успешного проведения эксперимента и измерения оптических свойств антиматерии имеет особое значение для науки. Полученные результаты не только проливают дополнительный свет на природу антиматерии, но и обеспечивают более глубокое понимание фундаментальных процессов, которые имели место в ранней Вселенной. Теоретически, при контакте материя и антиматерия должны мгновенно уничтожать друг друга. Новые данные не дают четкого объяснения, почему этого не происходит, но они дают все основания предполагать, что особенности внутреннего строения веществ здесь ни при чем.

Результаты работы опубликованы в Nature- http://www.nature.com/nature/journal/vaap/ncurrent/full/nature21040.html

Observation of the 1S–2S transition in trapped antihydrogen

The spectrum of the hydrogen atom has played a central part in fundamental physics in the past 200 years. Historical examples of its significance include the wavelength measurements of absorption lines in the solar spectrum by Fraunhofer, the identification of transition lines by Balmer, Lyman et al., the empirical description of allowed wavelengths by Rydberg, the quantum model of Bohr, the capability of quantum electrodynamics to precisely predict transition frequencies, and modern measurements of the 1S–2S transition by Hänsch1 to a precision of a few parts in 1015. Recently, we have achieved the technological advances to allow us to focus on antihydrogen—the antimatter equivalent of hydrogen2,3,4. The Standard Model predicts that there should have been equal amounts of matter and antimatter in the primordial Universe after the Big Bang, but today’s Universe is observed to consist almost entirely of ordinary matter. This motivates physicists to carefully study antimatter, to see if there is a small asymmetry in the laws of physics that govern the two types of matter. In particular, the CPT (charge conjugation, parity reversal, time reversal) Theorem, a cornerstone of the Standard Model, requires that hydrogen and antihydrogen have the same spectrum. Here we report the observation of the 1S–2S transition in magnetically trapped atoms of antihydrogen in the ALPHA-2 apparatus at CERN. We determine that the frequency of the transition, driven by two photons from a laser at 243 nm, is consistent with that expected for hydrogen in the same environment. This laser excitation of a quantum state of an atom of antimatter represents a highly precise measurement performed on an anti-atom. Our result is consistent with CPT invariance at a relative precision of ~2 × 10−10.

Источник: http://science.spb.ru/allnews/item/6676-uchenym-vpervye-udalos-proanalizirovat-spektr-antimaterii