Физики уточнили массу антипротона еще на три знака после запятой

Физики уточнили массу антипротона еще на три знака после запятой при помощи "тисков" из двух лазерных лучей, с помощью которых они смогли "ограничить" погрешности, возникающие при измерении массы и других свойств античастиц, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature.

Группа под руководством Масаки Хори (Masaki Hori) из Института квантовой оптики общества Макса Планка (Германия) установила, что антипротон "тяжелее" электрона в 1836,152673623 раза, что несколько меньше ранее вычисленного коэффициента, равного 1836,1526745.

Физики разработали новую методику измерения характеристик антипротона, которая позволила им повысить точность измерений примерно в десять тысяч раз по сравнению с предыдущими оценками, выполненными другой группой ученых под руководством Хори в 2006 году.

В первые мгновения после Большого взрыва, согласно современным представлениям, возникло равное количество материи и антиматерии. Считается, что свойства частиц антиматерии зеркально повторяют характеристики своих близнецов, за исключением заряда. Иначе говоря, химические и физические свойства атомов антиматерии и материи должны быть идентичными. При столкновении частицы материи и антиматерии аннигилируют, и их энергия превращается в гамма-излучение. При образовании Вселенной частицы материи и антиматерии должны были уничтожить друг друга. Поэтому возникает вопрос - куда "пропала" антиматерия и почему существует Вселенная.

Считается, что одна из причин "асимметрии материи" может заключаться в существовании небольших, но достаточно существенных различий в устройстве и физических характеристиках частиц антиматерии.

Изучение свойств антиматерии затрудняется тем, что ее частицы аннигилируют при любом столкновении с атомами и элементарными частицами из обычной материи. С другой стороны, аннигиляция материи и антиматерии сопровождается излучением фотонов с определенной диной волны и энергией (гамма-лучей), что позволяет определить некоторые свойства антиматерии, если известны параметры частицы, с которой она столкнулась. Ключевым свойством любой частицы является ее масса, точное значение которой позволяет практически однозначно определить ее свойства.

Физики под руководством Хори смогли уточнить массу антипротона, измерив параметры гамма-излучения при распаде атомов антипротонного гелия - этот экзотический атом состоит из положительно заряженного ядра гелия, к которому вместо электрона "присоединен" антипротон. Такой атом может существовать несколько микросекунд благодаря большой удаленности античастицы от ядра. Этого времени достаточно, чтобы физики смогли выделить гамма-излучение, возникающее при распаде антипротонного гелия от гамма-фона.

С другой стороны, частота этого излучения и его энергия зависит от положения частицы относительно ядра атома и также вращающегося вокруг ядра электрона, в результате чего возникают неточности.

Авторы статьи придумали способ снизить эту погрешность. Напротив двух сторон камеры, в которой образуются атомы антипротонного гелия, ученые разместили два сверхточных лазера суммарной мощностью 2 мегаватта. Одновременное облучение камеры этими лазерами вынуждает антипротон перейти в особое энергетическое состояние, в котором он может аннигилировать только с электроном атома. Гамма-излучение в таком случае направлено перпендикулярно лучам лазера.

По оценкам исследователей, масса антипротона равна 0,001672621778014 йоктограмм (йоктограмм равен 1 в минус 24-й степени грамму), или 1,00727646677 атомных единиц массы - 1 такая единица равна 1/12 массы ядра углерода-12. Ученые отмечают, что это значение хорошо согласуется с массой протона и теоретическими выкладками.

ria.ru