Антиматерия — противоположный близнец обычной материи — привередливый материал. Только в последние 20 лет ученым удалось создать простейшие атомы антивещества и удержать их стабильными. Теперь они сделали первые измерения внутренней структуры антиводорода.
Водород является первым элементом периодической системы и состоит из одного электрона, вращающегося вокруг одного протона. Его зеркальное отражение – антиводород – состоит из одного антиэлектрона, или позитрон, и одного антипротона. Если позитрон и электрон сталкиваются, они уничтожат друг друга и высвобождают энергию. Так же взаимодействуют протон и антипротон. Поскольку наша Вселенная наполнена электронами, протонами и различными их комбинациями, очень трудно долго удерживать античастицы стабильными.
Это именно та задача, которую физики решают в Антиводородном лазерном физическом аппарате CERN`а (ALPHA). Они создают вакуум в магнитном баллоне, а затем вбрасывают позитроны и антипротоны в него. В идеале, эти два элемента комбинируются в антиводород, баллон будет удерживать антивещество стабильным, а затем ученые смогут изучать его — с помощью лазеров, конечно.
Несколько лет назад ученые смогли удержать антиводород аж 15 минут — дольше, чем все предыдущие попытки.
«Это было на грани научной фантастика – то, что вы на самом деле смогли провести некоторые исследования антиматерии», — говорит физик Джеффри Хангст (Jeffrey Hangst), представитель ALPHA.
Это то, что совсем недавно считалось невозможным. Так что факт того, что мы в конце концов сделали это — своего рода революция для нас.
Хангст и его коллеги сделали первый спектроскопические измерения антиводорода. Спектроскопия-это метод выявления внутренней структуры атомов.
Поскольку энергетические уровни в атоме расположены на определенном расстоянии, электроны поглощают, а затем высвобождают конкретное количество световой энергии. Суммарно это отражается в цвете света. Например, если вы хотите возбудить электрон в атоме водорода из основного состояния (низкий энергетический уровень) до уровня чуть выше, вам придется «ударить» атом с помощью лазерного луча с определенной длиной волн ультрафиолетового света.
Чтобы выполнить тот же тест на антиводороде, ученым в ALPHA сначала нужно было создать его и удерживать в стабильном состоянии, что само по себе является техническим подвигом. Затем они должны были «ударить» по нему лазером. В большинстве спектроскопических экспериментов такого типа, они освещали около триллиона атомов материи. В данном случае, они работали всего лишь с 15 атомами антиматерии.
«Когда у вас есть всего несколько атомов, то надо быть гораздо находчивее, а это гораздо сложнее», — говорит Хангст. Это также означает, что будет меньше уверенности в измерениях. «Это только первый шаг», — добавляет он, — «впереди еще много лет совершенствования».
Будущая работа будет опираться на этот прорыв, чтобы сделать точные измерения уровни энергии антиводорода. Сравнивая уровни энергии водорода, исследователи могут лучше понять, чем именно материя и антиматерия отличаются. Это может дать ключ к одной из самых больших загадок во Вселенной: зачем мы здесь?
