Эксперимент с антиматерией раскрывает тайны Вселенной
09.03.2012 16:37
—
Новости Hi-Tech
Обычно вещество и антивещество при контакте уничтожаются, и ученые до сих пор не могут понять: почему же Вселенная не аннигилировала сразу после Большого взрыва?
Впервые с момента появления первых теорий о существовании антиматерии ученые смогут эмпирическим путем изучить его свойства и, возможно, ответить на вопрос - почему существует Вселенная.
Понятие "антивещество" возникло в научных кругах в конце XIX века, а в 1928 году легендарный британский физик Пол Дирак выработал теорию, которая предполагала, что вещество и антивещество имеют одинаковые свойства, за исключением заряда.
Теперь, согласно исследованию, результаты которого были опубликованы в научном журнале Nature, ученым удалось поймать частицы антиводорода и продлить их существование на длительный срок, позволяющий провести анализ их структуры.
Известно, что у каждой частицы во Вселенной есть своя античастица, идентичная (или симметричная) ей во всех свойствах, но с противоположным зарядом. Соответственно, аналогом электрона и протона в антиматерии являются позитрон и антипротон, вместе формирующие антиатом - антиводород.
Суть же основной проблемы исследований в этой области заключается в том, что антиматерия крайне нестабильна и при взаимодействии с обычной материей частицы и античастицы аннигилируют, испуская при этом высокоэнергичные фотоны или пары частиц-античастиц.
Истоки асимметрии
В этом моменте и кроется одна из величайших тайн мироздания: если при создании Вселенной образовалось одинаковое количество вещества и антивещества, то почему она не исчезла в результате аннигиляции?
Впервые у ученых появился шанс дать ответ на этот вопрос экспериментальным путем и подтвердить тезис об идентичности свойств вещества и антивещества.
Группа международных специалистов, проводящая исследования на базе лаборатории ЦЕРН в Швейцарии, разработала способ отлавливать атом антиводорода и продлевать его существование на достаточно длительный период времени.
В 2010 году команде, работающей над проектом Alpha, удалось на долю секунды заключить 38 атомов антиводорода в "вакуумную ловушку"; в 2011 году они повторили эксперимент, но на этот раз им удалось задержать его на более чем 1000 секунд.
Постепенно завершив оптимизацию методов тестирования, физики смогли начать проводить анализ свойств антиматерии, что, по словам одного из сотрудников проекта Alpha, и было первоначальной целью данного эксперимента.
"На исследование вопроса, являются ли свойства материи и антиматерии идентичными, у нас ушло почти 20 лет, и теперь мы можем ответить на него экспериментальным путем", - говорит участник проекта Джеффри Хангст.
Магнитный момент
По словам ученых, это стало возможным благодаря так называемому "магнитному моменту" атомов - свойству, также характерному для обычных стержневых магнитов.
По аналогии с магнитно-резонансной томографией, в ходе которой атомы в теле человека под воздействием магнитных полей могут изменять свои параметры, точно также ученые сумели поменять магнитный момент антиатомов под воздействием микроволнового излучения.
"Когда это происходит, атом антиводорода из "ловушки", схожей с миской, в которой лежит шарик, переходит в состояние, аналогичное такому же шарику на вершине горки", - рассуждает доктор Хангст.
"То есть, он стремится скатиться вниз, и когда это происходит, на пути он сталкивается с обычной материей и аннигилирует, а мы фиксируем факт его исчезновения", - поясняет он.
При этом физики могут установить, какое именно количество энергии необходимо для того, чтобы "переключить" атом, но это лишь первый шаг в запланированной исследовательской группой программе опытов.
В частности, они рассчитывают прозондировать атомы антиводорода лучами лазера. Этот эксперимент поможет установить более четкую картину энергетических уровней во внутренней структуре антиатома.
"Не знаем, как на наше исследование отреагирует публика, - заключает Хэнгст. - Но для нас этот эксперимент стал самым крупным достижением за всю нашу карьеру".
Впервые с момента появления первых теорий о существовании антиматерии ученые смогут эмпирическим путем изучить его свойства и, возможно, ответить на вопрос - почему существует Вселенная.
Понятие "антивещество" возникло в научных кругах в конце XIX века, а в 1928 году легендарный британский физик Пол Дирак выработал теорию, которая предполагала, что вещество и антивещество имеют одинаковые свойства, за исключением заряда.
Теперь, согласно исследованию, результаты которого были опубликованы в научном журнале Nature, ученым удалось поймать частицы антиводорода и продлить их существование на длительный срок, позволяющий провести анализ их структуры.
Известно, что у каждой частицы во Вселенной есть своя античастица, идентичная (или симметричная) ей во всех свойствах, но с противоположным зарядом. Соответственно, аналогом электрона и протона в антиматерии являются позитрон и антипротон, вместе формирующие антиатом - антиводород.
Суть же основной проблемы исследований в этой области заключается в том, что антиматерия крайне нестабильна и при взаимодействии с обычной материей частицы и античастицы аннигилируют, испуская при этом высокоэнергичные фотоны или пары частиц-античастиц.
Истоки асимметрии
В этом моменте и кроется одна из величайших тайн мироздания: если при создании Вселенной образовалось одинаковое количество вещества и антивещества, то почему она не исчезла в результате аннигиляции?
Впервые у ученых появился шанс дать ответ на этот вопрос экспериментальным путем и подтвердить тезис об идентичности свойств вещества и антивещества.
Группа международных специалистов, проводящая исследования на базе лаборатории ЦЕРН в Швейцарии, разработала способ отлавливать атом антиводорода и продлевать его существование на достаточно длительный период времени.
В 2010 году команде, работающей над проектом Alpha, удалось на долю секунды заключить 38 атомов антиводорода в "вакуумную ловушку"; в 2011 году они повторили эксперимент, но на этот раз им удалось задержать его на более чем 1000 секунд.
Постепенно завершив оптимизацию методов тестирования, физики смогли начать проводить анализ свойств антиматерии, что, по словам одного из сотрудников проекта Alpha, и было первоначальной целью данного эксперимента.
"На исследование вопроса, являются ли свойства материи и антиматерии идентичными, у нас ушло почти 20 лет, и теперь мы можем ответить на него экспериментальным путем", - говорит участник проекта Джеффри Хангст.
Магнитный момент
По словам ученых, это стало возможным благодаря так называемому "магнитному моменту" атомов - свойству, также характерному для обычных стержневых магнитов.
По аналогии с магнитно-резонансной томографией, в ходе которой атомы в теле человека под воздействием магнитных полей могут изменять свои параметры, точно также ученые сумели поменять магнитный момент антиатомов под воздействием микроволнового излучения.
"Когда это происходит, атом антиводорода из "ловушки", схожей с миской, в которой лежит шарик, переходит в состояние, аналогичное такому же шарику на вершине горки", - рассуждает доктор Хангст.
"То есть, он стремится скатиться вниз, и когда это происходит, на пути он сталкивается с обычной материей и аннигилирует, а мы фиксируем факт его исчезновения", - поясняет он.
При этом физики могут установить, какое именно количество энергии необходимо для того, чтобы "переключить" атом, но это лишь первый шаг в запланированной исследовательской группой программе опытов.
В частности, они рассчитывают прозондировать атомы антиводорода лучами лазера. Этот эксперимент поможет установить более четкую картину энергетических уровней во внутренней структуре антиатома.
"Не знаем, как на наше исследование отреагирует публика, - заключает Хэнгст. - Но для нас этот эксперимент стал самым крупным достижением за всю нашу карьеру".