Исследователи разработали однопозитронный квантовый циклотрон для исследования свойств частиц.Фото: Джеральд Габриэльс/Северо-Западный университет.
Физики теперь подвесили одиночный позитрон — эквивалент электрона из антивещества — в воздухе и охладили его до минимально возможного энергетического состояния.
Установка позволит исследователям изучать магнитные свойства позитрона с беспрецедентной точностью. Физики надеются обнаружить тонкие различия между материей и антиматерией, которые могли бы пролить свет на одну из величайших загадок физики.
Никто не знает, почему мир состоит в основном из материи. Лучшая на сегодняшний день теория частиц и сил, стандартная модель, предполагает, что столько же антиматерии должно было быть создано во время Большого взрыва.
Но когда они вступают в контакт, материя и антиматерия, имеющие одинаковую массу, но противоположные по своим свойствам, таким как заряд, исчезают во взрыве энергии. Если бы они были созданы в равных количествах, «вся материя и антиматерия аннигилировали бы, и Вселенной не осталось бы», — говорит Джеральд Габриэльс, физик Северо-Западного университета в Эванстоне, штат Иллинойс, который руководил работой.
Обнаружение несоответствия в измерениях между материей и антиматерией «было бы революцией в физике», говорит Габриэльс. Стандартная модель оказалась невероятно точной в предсказании экспериментальных результатов, несмотря на то, что она известна как неполная. Например, он не может объяснить очевидное существование темной материи — вещества, которое, как считается, взаимодействует главным образом посредством гравитации.
Эксперимент, подробно описанный в Письма о физических отзывах 21 октября1«Это выдающееся достижение», которое обеспечит «мощное исследование физики за пределами стандартной модели», — говорит Барбара Мария Латач, физик по антивеществу в ЦЕРН недалеко от Женевы, Швейцария. «Мне не терпится увидеть их первые точные измерения», — говорит Стефан Ульмер, физик из Университета Генриха Гейне в Дюссельдорфе (HHU) в Германии.
Найди разницу
С 1960-х годов физики изучали антиматерию все более детально, надеясь найти несоответствия с материей. Они заметили небольшое предпочтение материи в поведении нескольких частиц, но этого недостаточно, чтобы объяснить состав мира.
До сих пор тщательно детальные сравнения протонов и антипротонов не выявили подобных различий. Теперь группа Габриэльса надеется сравнить свойство, которое можно измерить с 10 000 раз большей точностью у электронов и позитронов: их «магнитные моменты», которые определяют, как частицы колеблются вокруг своей оси в магнитном поле.
Закрепить позитрон
Чтобы провести свои эксперименты, команда сначала столкнулась с серьезной проблемой: захватом позитрона. Они начали с быстро движущихся позитронов, возникающих в результате радиоактивного распада, и замедлили их, рассеивая их на атомах в кристалле вольфрама. Хотя многие из них были уничтожены, команда отобрала самых медленных из выживших и отправила их в ловушку.
