Фізики з експерименту AEgIS (антиводневий експеримент: гравітація, інтерферометрія, спектроскопія) у співпраці з CERN знайшли новий спосіб створення довгоживучих атомів позитронію, які складаються з електрону і позитрона (аналога антивіщення електрону) для гравітаційних експериментів з антиматерією.
Антиматерія (або антивіщення) - це матерія, що складається з античастинок. Всесвіт майже позбавлений антиматерії, і фізики ще не з'ясували, чому. Виявлення будь-якої невеликої різниці між поведінкою антивіщення і речовини в гравітаційному полі Землі може пролити світло на це питання.
Атоми позитронію є типом атомів антивідництва, який розглядається для перевірки того, чи падає антивіщення з тією ж швидкістю, що і звичайна речовина в гравітаційному полі Землі.
Але такі атоми недовговічні - вони живуть всього 142 наносекунди - занадто мало для проведення гравітаційного експерименту з антивіщеністю. Тому фізики активно шукають хитрощі, щоб зробити джерела атомів позитронію, які живуть довше.
У статті, опублікованій цього тижня в журналі Physical Review A, члени AEgIS Collaboration описали новий спосіб отримання довгоживучого позитронію.
«Щоб бути корисним для гравітаційних експериментів з антивіщеністю, джерело атомів позитронію має виробляти довгоживучі атоми у великих кількостях і з відомими швидкостями, якими можна керувати, і на які не впливають такі перешкоди, як електричні та магнітні поля», - сказали вони.
«Наше нове джерело відповідає всім цим вимогам, виробляючи близько 80 000 атомів позитронію в хвилину, які існують по 1140 наносекунд кожен і мають відому швидкість (від 70 до 120 км/с), якою можна керувати з високою точністю (10 км/с)».
У чому виверт? Використання спеціального перетворювача позитрон-позитроній для виробництва атомів і один спалах ультрафіолетового лазерного випромінювання, яке вбиває двох зайців одним пострілом. Лазер переводить атоми з електронного стану з найменшою енергією в довгоживучий стан з більш високою енергією і може вибирати серед усіх атомів тільки атоми з певною швидкістю.
Це не перший випадок, коли дослідники створили джерело довгоживучих атомів позитронію. Існують й інші методи, в тому числі метод, який включає приведення атомів в електронні стани, звані ридбергівськими станами, і який також може бути використаний для проведення гравітаційних експериментів з позитронієм.
Але всі вони дуже чутливі до електричних і магнітних полів, які впливають на швидкість атомів і повинні бути враховані в майбутніх вимірах гравітації. Новий метод, розроблений AEgIS, «чистіше» в тому сенсі, що він практично нечутливий до цих моментів.
Наступним кроком на довгому шляху до вимірювання впливу гравітації на позитроній з новим джерелом AEgIS (команда AEgIS та інші колаборації CERN в основному планують проводити вимірювання з атомами антиводню) буде підтвердження того, що отримані атоми є електрично нейтральними.
Прискорювальний комплекс CERN в даний час закритий для проведення основної дворічної програми модернізації, тому більшість експериментів в лабораторії, що вимагають пучка протонів, перестали працювати в цей період. Перевага цього експерименту з позитронієм полягає в тому, що для нього не потрібні протони, тому він може продовжувати працювати і під час вимикання.