Учёные «ЦЕРНа» превратили получение десятков тысяч атомов антиводорода из многолетней мечты в обычную, выполняемую за ночь задачу. Участники эксперимента ALPHA представили новую технологию охлаждения, которая позволяет генерировать более 15 000 атомов антиводорода всего за несколько часов. Это значительный скачок в эффективности получения простейшей формы атомного антивещества.
Для создания антиводорода команда должна сначала захватить и охладить облака позитронов и антипротонов по отдельности, прежде чем объединить их. С годами этот процесс постоянно совершенствовался. Последний прорыв — инновационный способ охлаждения позитронов — увеличил скорость производства антиводорода в 8 раз. Суть этого достижения заключается в способе подготовки позитронов. Сначала частицы генерируются из радиоактивной формы натрия и захватываются внутри ловушки Пеннинга, где электромагнитные поля удерживают их на месте. Внутри ловушки они естественным образом вращаются, теряя немного энергии при движении. Этот эффект самоохлаждения помогает, но недостаточно для эффективного образования антиводорода.
Чтобы преодолеть это ограничение, группа ALPHA ввела в ловушку облако охлаждённых лазером ионов бериллия, что позволило позитронам сбрасывать энергию посредством процесса, известного как симпатическое охлаждение. Это метод, при котором одна группа частиц охлаждается путём взаимодействия с другой, уже охлаждённой группой.
Решение позволило охладить облако позитронов до температуры около −266 °C. При таких низких энергиях частицы с большей вероятностью связываются с антипротонами с образованием антиводорода. В результате менее чем за 7 часов было получено более 15 000 атомов антиводорода. Для сравнения, предыдущему эксперименту потребовалось 10 недель, чтобы собрать около 16 000 атомов для высокоточного спектроскопического исследования.
«Новая техника кардинально меняет ситуацию, когда речь идёт об исследовании систематических неопределённостей в наших измерениях. Теперь мы можем накапливать антиводород за ночь и измерять спектральную линию на следующий день», — отметил Нильс Мадсен, заместитель представителя ALPHA и руководитель проекта по охлаждению позитронов.
В ходе экспериментальных серий 2023–2024 годов этот метод позволил произвести более двух миллионов атомов антиводорода, достигнув результатов, которые ранее считались невозможными. В текущем году коллаборация ALPHA использует этот беспрецедентный запас для изучения влияния гравитации на антивещество в рамках эксперимента ALPHA-g, который является ключевым тестом фундаментальной физики. Поскольку симпатическое охлаждение продолжает открывать доступ к большим наборам данных и более быстрым измерениям, учёные рассчитывают исследовать свойства антивещества с беспрецедентной точностью. Это может углубить понимание асимметрий во Вселенной.