Немецкие ученые создали магнитную ловушку, предназначенную для позитронов. В дальнейшем предполагается совершенствование способа удержания и сохранения позитронов в течение продолжительного времени, а также получение электрон-позитронной плазмы.
Сотрудникам Мюнхенского технического университета (TUM) и Института общества Макса Планка по плазменной физике (IPP) впервые удалось удержать позитроны – античастицы электронов – в магнитной ловушке без потерь. Этот результат является важным этапом на пути к созданию плазмы, состоящей из вещества и антивещества, а именно электронов и протонов. Предполагается, что подобные плазмы существуют в окрестностях нейтронных звезд и черных дыр. Исследование описано в статье журнала Physical Review Letters.
Способность улавливать и удерживать позитроны имеет важное значение для изучения плазмы, состоящей из электрон-позитронных пар. Эти плазмы вызывают значительный интерес в связи с исследованиями базовых вопросов физики плазмы и астрофизики.
Позитроны — это античастицы электронов, которые имеют схожие характеристики, за исключением электрического заряда: позитроны несут положительный заряд, в отличие от электронов. Когда позитрон сталкивается с электроном, оба мгновенно аннигилируют во вспышке света. Так как повсюду на Земле нас окружают электроны, крайне сложно удерживать позитроны так, чтобы они просуществовали хоть какое-то время.
К счастью, ученые создали NEPOMUC — передовой источник позитронов, находящийся в Гархинге, к северу от Мюнхена. Он способен генерировать до 900 миллионов позитронов в секунду.
В течение 40 лет физики плазмы поддерживали эту электрон-позитронную плазму, однако настоящий прорыв приблизились только сейчас. Дело в том, что очень сложно перемещать такие заряженные частицы, как позитроны, в магнитную ловушку: те же самые законы физики, которые удерживают частицы внутри нее, не дают нужным частицам в нее попасть.
Новая ловушка создает магнитное поле, аналогичное полю Земли и других космических объектов. Исследователи предложили пропускать электрический ток по периметру ловушки, чтобы направлять позитроны через магнитные барьеры. После прекращения подачи напряжения позитроны удерживаются в своей области. Результаты эксперимента приятно удивили физиков.
Ученым теперь удается удерживать позитроны на протяжении чуть более секунды. Ранее ни одному исследователю не поддавалось достижение подобных результатов с использованием аналогичных ловушек.
Работа выполняется в рамках проекта APEX (A Positron-Electron Experiment, или Позитрон-электронный эксперимент), осуществляемого в Институте общества Макса Планка по плазменной физике. Проект направлен на создание электрон-позитронной плазмы и удерживать ее в магнитной ловушке. Первый шаг — получить и сохранить достаточное количество позитронов. Следующим этапом будет получение и изучение таких плазм.
Астрофизики ранее указывали на то, что подобные экзотические плазмы формируются в окрестностях нейтронных звезд и черных дыр. Согласно принципам земной плазменной физики, равенство масс позитронов и электронов может предоставить новые сведения о волновых процессах и турбулентности в плазмах, что, вероятно, позволит использовать ядерный синтез для производства энергии.