Фізики корпорації CERN (походить від назви Conseil Europen pour la Recherche Nuclaire, Європейська організація з ядерних досліджень — Ред.) в Швейцарії зробили найбільш точне вимірювання магнітного моменту антипротона — числа, яке визначає ступінь реакції частинки на магнітну силу, — і виявили, що він точно такий, як і у протона, але з протилежним знаком. Робота опублікована в журналі Nature.
Однією з великих таємниць сучасної фізики є те, чому антиречовина не зруйнувала Всесвіт на початку його існування, якщо точніше — не завадила його утворенню.
Стандартна модель передбачає, що Великий Вибух мав утворити абсолютно однакову кількість матерії і антиматерії. Але незаперечний факт існування Всесвіту спонукає науковців до пошуків: вони добре знають, що суміш матерії і антиматерії в перші ж миттєвості існування зникає у процесі анігіляції, не залишаючи після себе нічого, що могло би знадобитися для формування галактик, планет та й самої людини.
Туманність Вуаль очима Космічного телескопа імені Габбла. Це — круто! Фото з сайту www.space.com.
Щоб пояснити таємницю, фізики наполегливо досліджували різницю між матерією та її антиподом — шукали найменші розбіжності, які могли б пояснити домінування матерії у Всесвіті.
З цією метою вони виконували надзвичайно точні вимірювання всіх параметрів частинок і античастинок: маси, електричного заряду тощо, але ніякої різниці виявити їм не пощастило. Пригнічені вчені жартували, що їм, можливо, доведеться пояснити відмінності пари матерія-антиматерія знаком електричного заряду атомів. Але тут же на обрії заясніла потреба пояснити, як саме ця різниця може призвести до знищення антиматерії...
Торік науковці виконали експеримент Baryon–Antibaryon Symmetry Experiment (BASE) з використанням в лабораторії колаборації CERN комплексу апаратури ALPHA, в якому досліджували атом антиводню — і знову безрезультатно — різниці з атомом водню не було знайдено.
Експеримент BASE на установці антипротонного сповільнення CERN в Женеві. Фото з сайту www.space.com.
«Усі дослідження, виконані нами раніше, свідчать про існування повної симетрії між речовиною та антиречовиною, але ця симетрія не дозволяє існувати Всесвіту, що, своєю чергою, суперечить реальному стану справ — відкрийте вікно — ось він, наш Всесвіт, а ми змушені заперечувати його фізичну реальність» — бідкалася Кристина Смірра (Christian Smorra), член групи (BASE). «Асиметрія мусить існувати тут десь, але ми просто не розуміємо, де саме вона, де її коріння».
Проте, цього разу була слабка надія на можливість завершити дослідження більш вдало — попередні вимірювання магнітного моменту антипротона виконувалися з недостатньою для надійного результату середньою точністю. Ще десять років тому Стефан Ульмер (Stefan Ulmer) та його команда в BASE поставили перед собою завдання виконати такий експеримент, суттєво підвищивши точність вимірювань.
Спершу їм довелося розробити спосіб прямого вимірювання магнітного моменту звичайного протона. Завдання було не просте, але вже 2014 р. в журналі Nature дослідники розповіли про результати першого етапу експерименту.
Далі їм доводилося виконувати такі вимірювання вже для антипротона — завдання було сильно ускладнене тим, що антипротони негайно анігілюють при контакті з будь-якою речовиною. Для цього команда використовувала найхолоднішу й довгоживучу антиречовину, створену вперше.
Після створення антипротонів у 2015 р., команда змогла зберігати їх більше року у спеціальній камері, форма та розміри якої нагадували банку Прінґлса (висока циліндрична банка — Ред.).
Оскільки фізичний контейнер не може довго утримувати антиречовину, фізики використовують магнітні та електричні поля для зберігання матеріалу в пристроях, які називаються пастками Пеннінга. Зазвичай, термін життя антиречовини обмежує недосконалість таких пасток — найменші вади їх виготовлення або необережне використання призводять до витоку антиречовини.
Проте, використовуючи комбінацію двох пасток, команда BASE зробила найдосконалішу камеру для антиречовини, зберігаючи антипротони впродовж 405 днів. Це дозволило виконати вимірювання магнітного моменту антипротона. Результат дав значення для антипротонного магнітного моменту -2,7928473441 μN (μN — це постійна, яку називають ядерним магнетоном). Магнітний момент протона становить -2.7928473509 μN, майже такий самий — невелика різниця в межах похибки експерименту. Як наслідок, якщо існує різниця між магнітним моментом протонів та антипротонів, вона має бути набагато меншою, ніж експериментальна, яку зараз можна виявити. (Варто заважити, що магнітний момент антипротона визначено зі значно вищою точністю, ніж його двійника — протона). Ці крихітні виміри мають величезне значення, можна сказати, універсальні наслідки.
Новий вимір, з точністю до дев’яти значущих цифр, еквівалентний вимірюванню окружності Землі в межах декількох сантиметрів і в 350 разів точніший, ніж будь-які попередні виміри. «Цей результат є кульмінацією багаторічних безперервних досліджень та розробок, а також успішного завершення одного з найважчих вимірювань, які коли-небудь виконували на інструменті із застосуванням пастки Пеннінга» — зауважив Ульмер.
Найцікавіша й найважливіша гра у Всесвіті триває — пошуки мізерної, космічної малості, величини. Результат гри вже відомий — різниця існує, бо існує Всесвіт. Цікаво інше — де і в чому фізикам доведеться шукати цю відмінність речовини і її незримого космічного антипода.
Роботи в цьому напрямку продовжуються. В CERN фізики завершують наступний, жваво передбачуваний, експеримент на комплексі ALPHA, де науковці вивчають вплив сили тяжіння на античастинки, намагаючись відповісти на питання про те, чи зможе антиматерія підніматися «вгору».
За інф. з сайту www.space.com підготував Георгій Ковальчук
