Секрет антиматерії. Фізики з ЦЕРН здійснили науковий прорив за допомогою лазера: у чому суть

Дві групи фізиків незалежно одна від одної зробили важливий науковий прорив. Вони наблизилися до розуміння природи частинок, що живуть дуже недовго, а також це дослідження допоможе в розкритті секрету антиматерії. Результати двох досліджень було опубліковано в журналі Physical Review Letters і на сервері препринтів arXiv, пише ScienceAlert.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Фізики з ЦЕРН використовували лазер і вперше змогли знизити температуру хмари позитронію більш ніж у 2 рази. Водночас фізики з Токійського університету змогли знизити за допомогою лазера температуру позитронія до мінус 272 градуси Цельсія. У такий спосіб їм вдалося зменшити загальну швидкість частинок поширення швидкостей електронів і позитронів у хмарі позитронія.

Позитроній являє собою найлегшу зв'язану разом екзотичну систему частинок, що складається лише з електронів та їхніх античастинок — позитронів. Позитроній є дуже нестабільною системою, адже частинки та античастинки під час зустрічі знищують одна одну та випускають спалах випромінювання. Відомо, що позитроній самознищується за 142 мільярдні частки секунди, а зникнення системи супроводжується викидом гамма-випромінювання.

Коли позитроній утворюється в хмарах, які необхідні для проведення експериментів, то він переміщується з величезним діапазоном швидкостей, що ускладнює дослідження. Ще 1988 року фізики вперше запропонували використовувати лазер для охолодження позитронію, щоб вирішити цю проблему. Але зробити науковий прорив у плані зниження температури екзотичної системи вдалося тільки зараз. Вважалося, що, якщо охолодити позитроній, рух частинок у ньому сповільниться і це дасть змогу точніше вивчити їхні властивості.

Фізики застосували для охолодження позитронія лазер, адже цей метод зниження температури ґрунтується на поглинанні та викиді фотонів частинками. Коли частинка поглинає фотон, то вона отримує енергію, а коли вона викидає фотон, то енергія втрачається. Але саме світло лазера дало змогу сповільнити рух частинок. Фізикам із ЦЕРН вдалося зменшити розподіл швидкостей позитронію і значно знизити його температуру. Зокрема, позитроній було вперше охолоджено зі 106 градусів Цельсія до мінус 103 градуси Цельсія.

Фізики зараз активно займаються вивченням антиматерії, адже вони хочуть зрозуміти, куди вона зникла після утворення Всесвіту. Після Великого вибуху Всесвіт мав складатися з рівної кількості звичайної матерії та антиматерії. Але зараз останньої значно менше, що дуже добре для нас. Адже інакше частинки й античастинки просто б знищили одна одну, і весь Всесвіт, найімовірніше, б зник. Тому вчені хочуть зрозуміти властивості античастинок, що може призвести до розгадки того, куди зникла антиматерія.

Також фізики хочуть створити конденсат Бозе-Ейнштейна позитронію. Такий агрегатний стан речовини виникає, коли хмара частинок охолоджується до температури, трохи вищої за абсолютний нуль (мінус 273,15 градусів Цельсія). У цьому разі з'являється хмара частинок високої щільності, яка діє як одна суперчастинка. Вчені вважають, що конденсат Бозе-Ейнштейна позитронія можна використовувати для створення когерентного гамма-випромінювання через самознищення позитронія. Це допоможе краще зрозуміти структуру атомів у найдрібнішому масштабі.

Як уже писав Фокус, один з агрегатних станів речовини, який існував тільки в теорії, нещодавно було виявлено в реальному світі.