Специалисты Европейской организации ядерных исследований (ЦЕРН) предложили инновационный метод создания стабильных атомов позитрония, устойчивых к воздействию электрических и магнитных полей.
В наблюдаемой Вселенной антивещество встречается крайне редко, и ученые до сих пор не знают причину этого явления. Выявление любых расхождений в поведении вещества и антивещества под воздействием гравитационного поля Земли может помочь в решении этой загадки. Атомы позитрония, образованные позитроном и электроном, являются одним из видов антивещества, которое исследуется для определения, ускоряется ли оно в гравитационном поле Земли с той же скоростью, что и обычное вещество. Однако эти атомы крайне нестабильны и существуют всего 142 наносекунды, что не позволяет провести полноценный гравитационный эксперимент с антивеществом.
Ученые прилагают значительные усилия для разработки методов, позволяющих создавать источники атомов позитрония с увеличенным временем существования. В статье, опубликованной в журнале Physical Review A, коллаборация AEgIS из ЦЕРН описывает новый способ получения долгоживущего позитрония.
Чтобы быть пригодным для проведения гравитационных экспериментов с антивеществом, генератор атомов позитрония должен производить долгоживущие атомы в больших количествах и на известных, контролируемых скоростях, на которые не влияют электрические и магнитные поля. Новый источник AEgIS отвечает всем этим требованиям, производя в минуту около 80 тысяч атомов позитрония, каждый из которых существует 1140 наносекунд и имеет известную скорость (между 70 и 120 километрами в секунду), которую можно контролировать с высокой точностью.
В чем заключается хитрость? Для создания атомов используется специальный позитрон-позитрониевый преобразователь, который в одной вспышке ультрафиолетового света позволяет решить сразу две задачи. Так, лазер переводит атомы из электронного состояния с наименьшей энергией в долгоживущее состояние с более высокой энергией и может отобрать только атомы с определенной скоростью.
Ученые уже не первый раз разрабатывают способы получения долгоживущих атомов позитрония. Существуют и другие аналогичные методики, например, приводящий атомы в электронные состояния, называемые состояниями Ридберга, которые также могут использоваться в гравитационных экспериментах с позитронием. Однако все другие техники очень чувствительны к электрическим и магнитным полям, влияющим на скорость атомов,— а это придется учитывать при окончательных измерениях гравитации. Новый способ, разработанный AEgIS, «чище» в том смысле, что он не чувствителен к этим полям.
Для продолжения работы над определением воздействия гравитации на позитроний с использованием источника AEgIS необходимо убедиться в электрической нейтральности полученных атомов. В настоящее время ускорительный комплекс ЦЕРН находится на двухлетней модернизации, что привело к приостановке большинства экспериментов, требующих протонного пучка. Однако, эксперимент с позитронием не нуждается в протонах, что позволяет проводить его даже при неработающем ускорителе.