Антиматерия представляет собой особый вид материи, состоящий из античастиц, которые имеют ту же массу, что и их обычные аналоги, но противоположный заряд и уникальные квантовые свойства.

В то время как свойства обычной материи были тщательно изучены за последние десятилетия, исследование антиматерии с той же точностью остается сложной задачей. Эксперимент ALPHA, в котором участвуют ученые со всего мира, направлен на изучение физических характеристик антиматерии с использованием замедлителя антипротонов в ЦЕРНе. В частности, исследователи сосредоточены на свойствах атомов антиводорода, удерживаемых в магнитной ловушке.

В недавно опубликованной в Nature Physics статье представлены новые измерения перехода 1S–2S в атомах антиводорода — энергетического перехода электрона между уровнями в атоме.

«Этот результат является последним в серии исследований внутренней структуры антиводорода, - заявил Phys.org Джеффри Скотт Хангст, представитель коллаборации ALPHA. - Проект ALPHA уникален тем, что может производить, удерживать и исследовать атомы антиводорода. Мы изучаем их двумя основными способами: во-первых, с помощью спектроскопии, сравнивая внутреннюю структуру антиводорода с водородом, который мы знаем очень хорошо. Во-вторых, мы исследуем, как антиматерия ведет себя в гравитационном поле. На сегодняшний день мы единственные, кто публиковал данные по этому вопросу».

Основная цель ALPHA — получить столь же точные измерения антиводорода, как и для водорода. Это позволит определить, подчиняются ли материя и антиматерия одним и тем же физическим законам, как предсказывает Стандартная модель. В ходе экспериментов используются передовые методы, включая новый способ лазерного охлаждения.

«Наша технология лазерного охлаждения позволяет сделать спектральную линию более узкой, - объяснил Хангст. - Мы пытаемся определить точную центральную частоту этой линии, которая может изменяться под воздействием магнитных полей и движения атомов. Наше исследование демонстрирует возможности современной установки, способной захватывать антиводород и охлаждать его до крайне низких температур».

В ходе последнего эксперимента ученые впервые наблюдали обе сверхтонкие компоненты перехода 1S–2S в антиводороде. Новаторская техника лазерного охлаждения позволила исследовать эти частоты с беспрецедентной точностью.

«Одна из частот более чувствительна к лазерному охлаждению, чем другая, но благодаря усовершенствованной методике накопления атомов антиводорода мы можем измерять этот спектр менее чем за час», — отметил Хангст.

Ранее, в 2017 году, аналогичные измерения занимали около 10 недель. Теперь же благодаря новым методам их можно проводить ежедневно.

«Наши достижения не только ускоряют процесс, но и позволяют лучше понимать систематические эффекты, влияющие на измерения. Чем больше повторных измерений мы проводим, тем выше точность эксперимента», — подчеркнул ученый.

Эти результаты стали важным шагом в изучении антиводорода. Коллаборация ALPHA планирует дальнейшие исследования, направленные на достижение той же точности, что и в экспериментах с обычным водородом.

Если измерения антиводорода окажутся идентичны данным по водороду, это подтвердит, что физика антиматерии согласуется со Стандартной моделью. В противном случае это может указывать на необходимость пересмотра современных физических теорий.

«Теперь наша цель — использовать все накопленные знания для окончательных измерений, сравнимых по точности с водородом», — добавил Хангст.

Точность измерений водорода достигает 1 на 10¹⁵ (или одной на тысячу триллионов). Лучший результат ALPHA на данный момент составляет несколько частей на триллион, но предстоящие публикации, как ожидается, поднимут этот показатель на новый уровень.

Источник: Nature Physics