Исследователи ЦЕРН в восемь раз удешевили и упростили производство антивещества

Исследователи ЦЕРН превратили добычу десятков тысяч атомов антиводорода из давней амбиции в рутинную операцию, осуществляемую за одну ночь. Участники эксперимента ALPHA разработали инновационную технологию охлаждения, позволяющую за несколько часов генерировать более 15 000 атомов антиводорода. Это действительно прорыв в производительности образования элементарной формы антивещества.

Чтобы синтезировать антиводород, учёным сперва необходимо изолировать и охладить облака позитронов и антипротонов по отдельности, а затем объединить их. Со временем этот процесс многократно совершенствовался. Последний рывок — новый метод подготовки позитронов — ускорил выработку антиводорода в восемь раз. Суть нововведения заключается в генерации позитронов из радиоактивного натрия и их удержании в ловушке Пеннинга, где электромагнитные поля поддерживают частицы в постоянном вращении. Такое вращение приводит к частичному самоохлаждению, однако для эффективного синтеза антиводорода этого было недостаточно.

Чтобы преодолеть это ограничение, команда ALPHA внедрила в ловушку облако лазерно охлаждённых ионов бериллия. Благодаря этому позитроны передают избыток энергии через симпатическое охлаждение — процесс, при котором одна группа частиц снижает свою температуру посредством взаимодействия с уже охлаждённой фракцией.

Такой подход охладил позитронное облако до примерно −266 ^°C. При столь низких энергиях связывание с антипротонами происходит значительно эффективнее, что позволило за менее чем 7 часов получить свыше 15 000 атомов антиводорода. Для сравнения: предыдущий эксперимент требовал десяти недель, чтобы накопить около 16 000 атомов для высокоточной спектроскопии.

«Этот метод радикально меняет подход к изучению систематических погрешностей в наших измерениях. Теперь мы накапливаем антиводород за ночь, а уже на следующий день проводим спектральное исследование», — пояснил Нильс Мадсен, заместитель представителя коллаборации ALPHA и руководитель проекта по охлаждению позитронов.

В ходе экспериментальных серий 2023–2024 годов применение этой технологии обеспечило производство свыше двух миллионов атомов антиводорода — результат, считавшийся ранее недостижимым. В нынешнем году коллаборация ALPHA использует этот беспрецедентный запас в эксперименте ALPHA-g для изучения влияния гравитации на антивещество, что является ключевым тестом фундаментальной физики. По мере того как симпатическое охлаждение открывает доступ к масштабным данным и ускоренным измерениям, учёные намерены исследовать свойства антивещества с невиданной ранее точностью, что поможет пролить свет на асимметрию Вселенной.

Источник: iXBT