Антиматерію вперше зловили в пастку на місяці — це шанс розгадати одну з головних загадок Всесвіту

Фізики знають, що наука про елементарні частинки та їх взаємодії неповна. Залишається величезна таємниця світобудови: чому після Великого вибуху матерія та антиматерія не знищили одна одну. Ми існуємо завдяки цій таємниці, і вчені сподіваються розкрити її в новому експерименті, ключем до якого стала всього одна частинка антиматерії.

Джерело зображення: ШІ-генерація ChatGPT/3DNews

Так, фізики з Північно-Західного університету США (Northwestern University) вперше помістили одиничний позитрон — античастинку електрона — в стан, що дозволяє з високою точністю керувати його квантовими рівнями енергії та реєструвати переходи між ними. Частинку вдалося утримувати в ловушці протягом кількох місяців, не допускаючи її контакту з звичайною речовиною. Якби це сталося, позитрон аннігілював би з виділенням енергії — це явище добре описано фантастами і знайоме майже всім.

Для отримання позитронів дослідники використовували радіоактивний ізотоп натрію-22, при розпаді якого виникають швидкі позитивно заряджені античастинки. Їх попередньо сповільнювали, а потім захоплювали за допомогою ловушки Пеннінга — пристрою, яке використовує комбінацію електричних і магнітних полів для утримання зарядженої частинки в обмеженому обсязі простору.

Всередині установки підтримувався високий вакуум, а температура становила близько 300 мілікельвінів, тобто всього 0,3 градуса вище абсолютного нуля. Завдяки охолодженню рух позитрона вдалося перевести в основний квантовий стан, що відповідає мінімально можливій енергії в використовуваній системі. Магнітне утримання та відсутність контакту зі стінками дозволяють вивчати частинку, не піддаючи її небезпеці аннігіляції. До слова, установка отримала назву «однопозитронний квантовий циклотрон».

Наступним важливим досягненням стала демонстрація управління окремими квантовими станами позитрона. Дослідники подавали на ловушку мікрохвильове випромінювання з ретельно підібраною частотою, передаючи частині певні порції енергії (кванти) і реєструючи викликані цим квантові переходи. Такий підхід дозволяє досліджувати квантоване циклотронне рух позитрона — рух зарядженої частинки в магнітному полі, енергія якого може приймати лише певні значення.

Навіщо це потрібно? У попередніх експериментах група виміряла магнітний момент електрона точно в такій же ловушці з відносною точністю приблизно 10^-13. Тепер вчені мають намір провести аналогічне вимірювання для позитрона. Це один з найкращих способів перевірити симетрію властивостей матерії та антиматерії або виявити найменші відмінності між ними. Як відомо, частинки матерії та антиматерії практично ідентичні за своїми фізичними властивостями, але мають протилежні електричні заряди. У цьому і полягає парадокс відсутності антиматерії в навколишньому нас світі та одна з загадок існування Всесвіту. Якщо раптом виявиться, що магнітний момент позитрона суттєво відрізняється від магнітного моменту електрона, це переверне сучасну науку і відкриє шлях до нової фізики.

Хочеш дізнатися більше — читай відгуки