Ученые эксперимента ALPHA Европейской организации ядерных исследований CERN сообщили о первых успешных измерениях проявления некоторых квантовых эффектов в энергетической структуре антиводорода, "зеркальной" копии обычного водорода. Точно такие же квантовые эффекты, как известно, существуют в обычной материи, и их подробное изучение могло указать ученым на различия между свойствами обычной материи и антиматерии. Однако, полученные учеными экспериментальные значения хорошо согласовываются с теоретическими предсказаниями проявления этих эффектов в нормальном водороде, что прокладывает путь к более точным подобным измерениям и измерениям значений других фундаментальных величин.
"Обнаружение различий между материей и антиматерией потрясло бы основы Стандартной Модели физики элементарных частиц" - рассказывает Джеффри Хэнгст (Jeffrey Hangst), ученый из эксперимента ALPHA, - "Мы очень рады, что проведенные нами измерения, в частности, измерения Лэмбовского сдвига (Lamb shift), полностью вписались в существующую теорию и не привели к очередной революции в области фундаментальной физики".
Ученые эксперимента ALPHA буквально создают атомы антиводорода, объединяя антипротоны с позитронами (антиэлектронами). Антипротоны вырабатываются установкой под названием Антипротонный Замедлитель (Antiproton Decelerator), а позитроны вырабатываются на другом ускорителе CERN. "Смешивая" около 90 тысяч антипротонов и 3 миллионов позитронов при температуре в половину градуса выше абсолютного нуля, ученые получают всего 30 атомов антиводорода, которые захватываются и удерживаются в магнитной ловушке в условиях сверхглубокого вакуума. Собирая антиводород на протяжении двух часов, ученым удается накопить в ловушке около 500 атомов антиматерии.
После этого облако атомов антиводорода освещается светом лазера, и производятся спектральные измерения света, переизлучаемого антиматерией. Это позволяет определить и измерить проявления известных квантовых эффектов, таких как микроструктура и Лэмбовский сдвиг, которые соответствуют различиям между энергетическими уровнями атома. Отметим, что данные измерения в отношении атомов антиматерии были произведены впервые в истории науки в рамках данного эксперимента. Более того, точно такой же способ был использован учеными немного ранее для измерения других квантовых эффектов в антиводороде, таких, как альфа-линии Лаймана.
В дальнейших экспериментах ученые CERN планируют получить еще большее количество атомов антиводорода и охладить его до еще более низкой температуры при помощи новых методов лазерного охлаждения. Это, в свою очередь, позволит исследовать антивещество и измерить его свойства с беспрецедентно высокой точностью, которая даст возможности обнаружить даже самые малые различия между материей и антиматерией, в которых может содержаться информация и подсказки относительно некоторых фундаментальных вопросов, стоящих перед современной физикой.