Физики из ЦЕРН провели сверхточные замеры магнитного момента антипротона и не нашли никаких различий между свойствами материи и антиматерии, что сделало тайну пропажи антиматерии и существования Вселенной еще более загадочной, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature.
«Все наши замеры указывают на то, что материя и антиматерия обладают абсолютно идентичными свойствами. Иными словами, Вселенная просто не должна существовать, но реальность говорит об обратном. Соответственно, нужные нам различия где-то должны существовать, но мы сейчас просто не понимаем, где их нужно искать. Возникает вопрос — что нарушило симметрию свойств материи?», — заявил Кристиан Сморра (Christian Smorra), физик из Института RIKEN в Сайтаме (Япония).
Главный вопрос Вселенной
Как сегодня считают ученые, в первые мгновения после Большого взрыва возникло равное количество материи и антиматерии. При этом Стандартная модель физики говорит о том, 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.
Так как материя и антиматерия аннигилируют при столкновении, во время рождения Вселенной их частицы должны были уничтожить друг друга, породив «море» гамма-квантов и нейтрино, не оставляя ничего, из чего могли бы возникнуть звезды, планеты и галактики. 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 свойствах частиц антиматерии. За последние годы физики нашли несколько намеков на то, что такие различия, например в массе протонов и антипротонов, все же существуют, однако их точное изменение затрудняется низкой точностью приборов и микроскопическими масштабами этой асимметрии.
Как правило, подобные замеры проводятся при помощи особого устройства, которое физики называют «ловушкой Пеннинга». Она представляет собой особую камеру, в которой ионы и частицы антиматерии удерживаются при помощи магнитных и электрических полей, которые заставляют их курсировать внутри ловушки по волнистой линии, закрученной в круг. Положение любой частицы в этом круге и на этой линии можно легко просчитать математическим путем, что заметно облегчает замеры ее свойств.
В поисках «новой физики»
Как рассказывает Сморра, ловушки Пеннинга позволяют проводить очень точные замеры, однако этой точности не хватает для полноценных поисков различий между материей и антиматерией – флуктуации магнитных полей, удерживающих частицы на одном месте, постепенно начинают вносить помехи в результаты экспериментов.
Сморра и его коллеги смогли преодолеть эту проблему и повысит точность замеров в 350 раз при помощи очень простого и остроумного приема – они использовали не одну, а две ловушки Пеннинга, одна из которых работала при комнатной температуре, а вторая – при почти абсолютном нуле.
Первая установка использовалась не для замеров свойств антипротонов, а для того, чтобы понять, как быстро частицы вращаются, взаимодействуя с магнитным полем ловушки Пеннинга. Эти данные были нужны ученым для того, чтобы «удалить» подобные помехи из замеров второй ловушки, куда параллельно запускался второй антипротон, и повышения скорости проведения измерений.
Благодаря подобным ухищрениям японским и немецким физикам, работавшим с частицами антиматерии в ЦЕРН, удалось выяснить, что магнитный момент антипротона – то, как сильно частица реагирует на внешние магнитные поля – совпадает с аналогичным значением для протона до 9 знака после запятой.
Как отмечают Сморра и его коллеги, точность этих замеров можно повысить еще примерно в 10 раз, однако уже сейчас можно говорить о том, что различия между материей и антиматерией вряд ли скрываются в еще меньших расхождениях в свойствах протонов и антипротонов. В подобном случае, предположительные свойства новорожденной Вселенной будут несовместимы с тем, что мы знаем о Большом Взрыве, что делает загадку пропажи антиматерии еще более интересной и непонятной, заключают физики.