Иван Ортега

Физикам впервые удалось получить оптический спектр антиводорода, и это открытие позволило подтвердить симметрию свойств вещества и антивещества в нашей Вселенной.

Физикам впервые удалось получить оптический спектр антиводорода, и это открытие позволило подтвердить симметрию свойств вещества и антивещества в нашей Вселенной.

На замедлителе <a href="https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D0%BD%D1%82%D0%B8%D0%BF%D1%80%D0%BE%D1%82%D0%BE%D0%BD">антипротонов</a> в международном европейском научном центре <a href="https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A6%D0%95%D0%A0%D0%9D">ЦЕРН</a> впервые удалось зафиксировать оптический спектр антиводорода и измерить энергию, при которой он переходит из основного в первое возбуждённое состояние. Данные подтвердили CPT-симметрию, идентичность ряда параметров частиц обычного вещества и антивещества. Соответствующая <a href="http://www.nature.com/nature/journal/vaap/ncurrent/full/nature21040.html" target="_blank">статья</a> опубликована в Nature.
Чтобы замерить параметры частиц антивещества в магнитной ловушке, сперва были накоплены десятки тысяч антипротонов и антиэлектронов. Затем из них образовались атомы антиводорода — антипротон плюс антиэлектрон. Чтобы получить точные параметры антиэлектронов, применяли <a href="https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%B2%D1%83%D1%85%D1%84%D0%BE%D1%82%D0%BE%D0%BD%D0%BD%D0%BE%D0%B5_%D0%BF%D0%BE%D0%B3%D0%BB%D0%BE%D1%89%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5">двухфотонную спектроскопию</a> захваченных в ловушку частиц. Давая антиэлектрону поглотить по паре фотонов, учёные фиксировали, при какой энергии каждого фотона из этой пары антиэлектрон переходит из основного состояния в возбуждённое. Как оказалось, эта величина равна той же, что давно измерена для обычного атома водорода.
Речь идёт о чрезвычайно значимом результате. Современная физика во многом основана на представлении о так называемой CPT-симметрии. В рамках этой концепции заряд и иные параметры частицы и античастицы должны быть равны, хотя при контакте они аннигилируют с выделением огромного количества энергии. Нарушается ли CPT-симметрия или нет — вопрос чрезвычайно важный для понимания природы Вселенной.
Кроме того, непонятно, как так получилось, что античастицы и частицы имеют равные параметры, но античастиц в природе практически нет, а "обычных" частиц много. Если бы те и другие имели совершенно одинаковые параметры, то возникли бы в равных объёмах. Тогда никаких твёрдых веществ во Вселенной не было бы, потому что античастицы проаннигилировали бы с частицами со взрывом, и кроме фотонов ничего бы не осталось.
Судя по существованию окружающих галактик и самих людей, что-то в этой схеме <a href="https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%91%D0%B0%D1%80%D0%B8%D0%BE%D0%BD%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%B0%D1%81%D0%B8%D0%BC%D0%BC%D0%B5%D1%82%D1%80%D0%B8%D1%8F_%D0%92%D1%81%D0%B5%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%BD%D0%BE%D0%B9" target="_blank">пошло не так</a>, и реакции для вещества и антивещества в чём-то различались. Из-за этого и по ряду других причин часть учёных рассчитывала обнаружить расхождения в параметрах водорода и антиводорода. Если параметры этих частиц слегка разные, то реакции распада для них могли идти с разной скоростью, что объяснило бы численное доминирование вещества над антивеществом. Новая работа показывает, что CPT-симметрия, напротив, сохраняется. Поэтому решения связанных с антивеществом загадок современной физики следует искать в чём-то ещё.
CPT (Charge-Parity-Time) симметрия — фундаментальная симметрия физических законов. Она заключается в том, что при преобразованиях, в которых меняются заряд, чётность и направление протекания времени, свойства частиц не меняются. А значит, любой процесс в обычном веществе будет в точности повторяться, если запустить его в антивеществе в обратном порядке. Из этого следует, что почти все свойства частиц вещества и антивещества, в том числе и их энергетические спектры, должны совпадать.

f95c85840235bd990964e323dd98c77b.jpg

Новости

Антивещество подтвердило фундаментальный закон природы