Антиводородом, напомним, называют связанное состояние антипротона и позитрона. Атомарный водород считается стабильным, и антиводород, в соответствии с CPT-теоремой(теоремой квантовой теории поля, согласно которой уравнения теории не меняют своего вида, если одновременно провести три преобразования: зарядового сопряжения, или замены частиц на античастицы, пространственной инверсии и обращения времени), должен иметь то же время жизни. Если атомы антивещества задержать в ловушке на достаточно длительное время, можно выполнить спектроскопическое исследование и сравнить спектры антиводорода и водорода. Такие измерения станут убедительным тестом на сохранение СРТ-симметрии; кроме того, захваченный антиводород можно использовать для изучения гравитационных свойств антиматерии.
В прошлом году в эксперименте ALPHA, курируемом Европейской организацией по ядерным исследованиям, антиводород впервые удалось задержать в ловушке на 172 мс. Теперь это значение, как видим, выросло почти на четыре порядка.
На установке ALPHA антиводород получают в ловушке Пеннинга—устройстве, использующем однородное статическое магнитное поле и пространственно неоднородное электрическое поле для хранения заряженных частиц. Она дополняется ловушкой Иоффе—Притчарда с магнитным полем, величина которого достигает минимума в её центре. Для атомов антиводорода, у которых спин позитрона направлен против магнитного поля, в этой точке имеется минимум потенциальной энергии.
В эксперименте«облако»радиусом 0,4 мм, содержащее 1,5•104антипротонов при ~100 К, смешивается с аналогичным«облаком»,образованным из миллиона позитронов при 40 К. После секундного взаимодействия подготовленных частиц образуется около 6•103атомов антиводорода, и бóльшая их часть аннигилирует на стенках ловушки, но некоторые атомы всё же оказываются захваченными. Через некоторое заданное время (время хранения) удерживающее магнитное поле выключают, а затем выпущенный на свободу антиводород аннигилирует на электродах ловушки Пеннинга. Отмеченные события такого рода и считаются свидетельствами его удержания.
| Частота захвата антиводорода (количество захваченных атомов в пересчёте на одну попытку загрузки в ловушку) для всех времён хранения, проверенных в эксперименте. (Иллюстрация авторов работы.) |
Время хранения авторы выбирали из интервала 0,4–2 000с. При удержании на тысячу секунд вероятность того, что зарегистрированные аннигиляционные события связаны со статистическими флуктуациями фона космических лучей, а не с антиводородом, составляла менее 10–15,что соответствует статистической значимости в восемь стандартных отклонений (8σ).Когда время увеличивали вдвое, вероятность повышалась до 4•10–3,а значимость снижалась до 2,6σ.Несложно понять, что в этих условиях антиводород, вероятно, тоже удерживался, но принятым в физике жёстким требованиям к статистической значимости данные по двумтысячам секунд не удовлетворяют.
Стоит также заметить, что подавляющее большинство атомов антиводорода, захваченных на длительное время, должно было, согласно расчётам, достичь основного состояния перед освобождением. Следовательно, в эксперименте были впервые получены атомы антивещества в основном состоянии, которые и нужны для точной лазерной и микроволновой спектроскопии.
Комментариев нет:
Отправить комментарий