Аннотация:
Команда физиков из Северо-Западного университета недавно совершила крупный прорыв в области экспериментов по физике элементарных частиц. Впервые аналог электрона из антивещества, позитрон, был успешно управляем и стабильно управлялся в точном квантовом состоянии, а также был подвешен и заключен в условиях крайнего вакуума, близкого к абсолютному нулю, на несколько месяцев. Этот результат исследования, опубликованный в журнале Physical Review Letters, позволил построить первый в мире «однопозитронный квантовый циклотрон» и открыл человечеству новый экспериментальный путь для исследования тайны удержания материи во Вселенной.
В современной физике, хотя Стандартная модель описывает элементарные частицы и три из четырех основных взаимодействующих сил с чрезвычайно высокой точностью, она так и не смогла ответить на основную загадку: согласно теоретическим выводам, Большой Взрыв должен был произвести равные количества материи и антиматерии. Когда они встретятся, они будут мгновенно уничтожены и превращены в ничто. Однако на самом деле наблюдаемая Вселенная почти полностью состоит из положительной материи, и звезды, планеты и даже люди могут выжить. Джеральд Габриэльс, руководитель исследования, сказал, что это показывает, что существующая стандартная модель все еще имеет ключевые недостатки или неполноту. Научно-исследовательская группа надеется найти прорыв в существующей теории посредством сверхточного исследования самых основных систем частиц.
Поскольку антивещество будет аннигилировано сразу же при соприкосновении со стенкой обычного контейнера с материей, сохранить его надолго крайне сложно. Исследовательская группа впервые получила позитроны высоких энергий в результате радиоактивного распада редкого изотопа натрия-22, сильно замедлила их и поместила в специально разработанную электромагнитную ловушку. Они использовали специальные электрические и магнитные поля, чтобы подвешивать и изолировать их в почти идеальной вакуумной среде, полностью изолируя их от контакта с обычной материей внешнего мира. В то же время ученые поддерживали внутри ловушки сверхнизкую температуру около 300 милликельвинов, что всего на 0,3 градуса Цельсия выше абсолютного нуля, и успешно охлаждали быстро движущиеся позитроны до низшего квантового основного состояния, делая их послушно неподвижными, как искусственные атомы, и демонстрируя четкие квантовые уровни энергии. Исходя из этого, команда использовала точно настроенные микроволны для подачи небольшого количества энергии для точного запуска и наблюдения перехода позитронов между различными квантовыми состояниями.
Ранее команда Габриэльса использовала «одноэлектронный квантовый циклотрон» для измерения магнитного момента электронов (физической величины, измеряющей силу взаимодействия между частицами и магнитными полями) с поразительной точностью — одна десятитриллионная. После успешного распространения того же уровня технологии квантовых манипуляций на одну частицу антиматерии, следующей целью команды является измерение магнитного момента позитрона с такой же точностью. Согласно предсказаниям современной физической теории, магнитные моменты электронов и позитронов должны быть точно равны по величине и противоположны по направлению. Габриэльс отметил, что если даже чрезвычайно небольшая разница в значениях магнитного момента между ними будет обнаружена в последующих прецизионных сравнениях, это напрямую пошатнет основу Стандартной модели. Ожидается, что оно не только раскроет глубинный механизм дисбаланса материи и антиматерии во Вселенной, но и станет самым значимым научным открытием в физике за последнее столетие.
Комментарии