ЦЕРН открыл высокоточную оптоволоконную линию с Парижем для улучшения точности измерений в исследованиях материи и антиматерии

Европейская организация по ядерным исследованиям (ЦЕРН) объявила о начале работы новой оптоволоконной линии связи, соединяющей их лабораторию с Французским национальным метрологическим институтом в Париже. Это нововведение значительно улучшит точность измерений, поддерживая исследования, например, эксперимента ALPHA, который занимается поиском различий между материей и антиматерией.

В экспериментах на Фабрике антиматерии ЦЕРН исследуют основы фундаментальных законов, таких как CPT-симметрия, анализируя свойства и поведение антиматерии в сравнении с обычной материей. Эксперимент ALPHA выполняет подобные проверки, используя спектроскопию антиводорода — фиксируя частоты переходов в антиатомах посредством лазерной или микроволновой техники. Если результаты соответствуют данным для обычного водорода, это свидетельствует о согласии с CPT-симметрией.

Частоты, измеряемые в герцах, соответствуют энергетическим уровням атомов и спектральным линиям, которые возникают при квантовых переходах между уровнями. Для точного сравнения материи и антиматерии необходимо точно установить эти частоты, что требует сверхточных часов.

Именно поэтому в эксперименте ALPHA были установлены цезиевые фонтанные часы, и новая оптоволоконная линия связи с парижским институтом теперь функционирует. Эти часы и линия значительно повысят точность частотных измерений в ALPHA.

«Для предыдущих измерений переходов между основным и первым возбуждённым состояниями антиводорода мы использовали простые часы на базе кварцевого осциллятора, синхронизированного через GPS-систему, что позволило достичь частотной точности в две части на триллион (2×10^-12). Однако измерение для водорода, осуществлённое ранее, демонстрирует точность в четыре части на квадриллион (4×10^-15), что требует более совершенных часов для выявления возможных расхождений между материей и антиматерией,» — поясняет Янко Наута, физик из коллаборации ALPHA.

Для эксперимента ALPHA критична роль не только оптоволоконной линии, но и цезиевых фонтанных часов, в обеспечении измерений антиводорода их точностью на равных с измерениями водорода условиях. Новая линия снизит уровень шумов при измерениях и обеспечит более стабильную калибровку часов в долгосрочной перспективе, гарантируя их высокую точность. Более того, она позволит в будущем использовать оптические квантовые часы, превосходящие нынешние стандартные часы по стабильности.

Данный ход может существенно повысить точность всех часов ЦЕРН и предложить инновационный способ доступа лаборатории к Всемирно координированному времени (UTC). Оптический сигнал из новой линии позволит более точно синхронизироваться с UTC по сравнению с нынешним использованием GPS.

Последнее измерение перехода между основным состоянием и первым возбуждённым состоянием антиводорода в рамках ALPHA наложило более строгие ограничения на возможные нарушения CPT-симметрии, чем предыдущие результаты. С помощью новой оптической связи коллаборация стремится ещё тщательнее проверять принципы CPT-симметрии.

Источник: iXBT