АЛЬФА-команда сотрудничества ученых сообщила о самом точном прямом измерении антивещества, когда-либо сделанного, показав спектральную структуру антиводородного атома в беспрецедентных деталях.Результат, недавно изданный по своей природе, является кульминацией трех десятилетий научных исследований в CERN и открывает абсолютно новую эру тестов на высокую точность между вопросом и антивеществом.
Скромный водородный атом, включая единственный электрон, вращающийся вокруг единственного протона, является гигантом в фундаментальной физике, подкрепляя современную атомную картину. Его спектр характеризуется известными спектральными линиями в определенных длинах волны, соответствуя эмиссии фотонов определенной частоты или цвета, когда электроны подскакивают между различными орбитами.
Измерения водородного спектра соглашаются с теоретическими предсказаниями на уровне нескольких частей в квадрильоне (1015) – ошеломляющий успех, которому исследователи антивещества долго стремились соответствовать для антиводорода.Сравнение таких измерений с теми из антиводородных атомов, которые включают антипротон, вокруг которого вращается позитрон, проверяет фундаментальную симметрию, названную постоянством «зарядите паритетное время» (CPT). Нахождение любых незначительных различий между этими двумя качало бы фонд Стандартной Модели физики элементарных частиц и возможно пролило бы свет на то, почему вселенная составлена почти полностью вопроса, даже при том, что равные суммы антивещества должны были быть созданы на Большом взрыве.До сих пор, однако, было почти невозможно произвести и заманить достаточные числа в ловушку тонких антиводородных атомов, и приобрести необходимую оптическую технологию допроса, сделать серьезную антиводородную спектроскопию возможной.
АЛЬФА-команда делает антиводородные атомы, беря антипротоны от Antiproton Decelerator (AD) CERN и связывая их с позитронами от натрия 22 источника. Затем это ограничивает получающиеся антиводородные атомы в магнитной ловушке, которая препятствует тому, чтобы они вошли в контакт с вопросом и уничтожением. Лазерный свет тогда пролит на пойманные в ловушку антиводородные атомы, их измеренный ответ и наконец по сравнению с тем из водорода.В 2016 АЛЬФА-команда использовала этот подход, чтобы измерить частоту электронного перехода между государством самой низкой энергии и первым взволнованным государством (так называемое 1S к 2S переход) антиводорода с точностью нескольких частей в десяти миллиардах, находя хорошее соглашение с эквивалентным переходом в водороде.
Измерение включило использование двух лазерных частот – одного соответствия частоте перехода 1S-2S в водороде и другом «расстроенном» от него – и подсчета количества атомов, которые выпали из ловушки в результате взаимодействий между лазером и пойманными в ловушку атомами.Последний результат АЛЬФЫ берет антиводородную спектроскопию к следующему уровню, используя не всего одну но и несколько расстроенных лазерных частот, с немного ниже и более высоких частот, чем частота перехода 1S-2S в водороде.
Это позволило команде измерять спектральную форму, или распространяться в цветах, антиводородного перехода 1S-2S и получать более точное измерение его центральной частоты. Матчи формы, которые ожидали для водорода чрезвычайно хорошо и АЛЬФЫ, смогли определить антиводородную частоту перехода 1S-2S к точности двух частей в триллионе – фактор 100 лучше, чем измерение 2016 года.«Точность, достигнутая в последнем исследовании, является окончательным выполнением для нас», объясняет Нильс Мадсен, заместитель докладчика для АЛЬФА-эксперимента и преподаватель в Университете Суонси. «Мы пытались достигнуть этой точности в течение 30 лет и наконец сделали ее».Хотя точность все еще далека от этого для обычного водорода, быстрые успехи, сделанные АЛЬФОЙ, предлагают подобную водороду точность в антиводороде – и таким образом беспрецедентные тесты на симметрию CPT – теперь в пределах досягаемости.
«Это – реальная лазерная спектроскопия с антивеществом, и сообщество вопроса заметит», добавляет Профессор университета из Суонси, Майкл Чарлтон: «Мы понимаем целое обещание средства CERN н. э.; это – изменение парадигмы».«Это – осуществленная мечта. Теперь нам установили наш вид твердо при улучшении точности далее соответствовать экспериментам с обычным водородом.
Это будет огромной проблемой, но с фантастической командой, которую мы в настоящее время имеем, я уверен, что мы сделаем успехи,» прокомментировал профессор Стефан Эрикссон, Университет Суонси.Лазерная команда включает доктора Стивена Джонса, усилия которого способствовали к успеху сотрудничества.
Доктор Джонс недавно закончил своего доктора философии на антиводородной спектроскопии в Университете Суонси.Ана Лопеш от CERN обеспечила значительные части этого резюме результатов исследования.