Физики провели первое прецизионное исследование свойств антиводорода, являющегося аналогом водорода, однако состоящего при этом полностью из частиц антиматерии.
Ученые из Университета в Суонси, Великобритания, работающие в европейском центре ядерной физики ЦЕРН (CERN) в составе крупной международной исследовательской группы, совершили знаковое открытие, которое приблизило нас на один шаг к пониманию проблемы доминирования во Вселенной материи, а не антиматерии, а также к разгадке тайн, связанных с Большим взрывом и рождением Вселенной.
Ученым давно известно, что любой возбужденный атом возвращается в состояние с минимальной энергией, излучая при этом фотоны света. Спектр излучения, испускаемого таким возбужденным атомом, представляет собой при этом уникальную характеристику конкретного вида атомов, своего рода спектральные «отпечатки пальцев».
Водород также имеет свой характерный спектр, и так как этот элемент является самым простым и самым распространенным элементом во Вселенной, он занимает особое место в физике. Многие параметры атома водорода измерены с высокой точностью, при этом один из этих параметров, энергия так называемого 1S-2S перехода, был определен с относительной погрешностью в одну триллионную долю процента (10-14) – что эквивалентно измерению расстояния между Суонси и Лондоном с точностью до одной миллиардной доли метра!
В новых экспериментах команда заместила протон ядра обычного атома водорода на антипротон, а электроны – на позитроны. Облучая лазерным лучом с хорошо известной частотой излучения эти атомы антиводорода, помещенные в специальную ловушку, ученые наблюдали, как атомы возбуждаются и покидают ловушку. Этот пионерский эксперимент позволил определить частоту, соответствующую переходу позитрона на боле высокий энергетический уровень в атоме антиводорода с относительной погрешностью порядка нескольких частей на одну десятую миллиарда (10-8).
Исследование опубликовано в журнале Nature; главный автор исследования М. Ахмади из Ливерпульского университета.