Физики ЦЕРН пришли к выводу, что вселенная не должна существовать

Поиск ответа на величайшую загадку мироздания продолжается.

Одна из великих тайн современной физики — почему антиматерия не разрушила вселенную в начале времён.

Чтобы объяснить это, физики полагают, что между веществом и антиматерией должна быть какая-то разница — помимо электрического заряда. И что бы это ни было, это точно не магнетизм.




Физики из ЦЕРН (CERN — Европейская организация по ядерным исследованиям, крупнейшая в мире лаборатория физики высоких энергий в Швейцарии – прим.ред.) сделали самые точные из когда-либо проводившихся измерений магнитного момента антипротона — показателя, который демонстрирует как частица реагирует на магнитную силу — и обнаружили, что он точно такой же, как у протона, но с противоположным знаком. Работа описана в журнале Nature.

«Все наши наблюдения обнаруживают полную симметрию между веществом и антивеществом, поэтому вселенная не должна на самом деле существовать» — говорит Кристиан Сморра, физик, сотрудничающий с ЦЕРН по исследованиям барион-антибарионной симметрии (BASE). «Асимметрия должна быть, но мы просто не понимаем, где она находится».

Антиматерия, как известно, неустойчива — любой контакт с обычной материей приводит к выбросу чистой энергии, которая является наиболее эффективной реакцией, известной физике. Именно поэтому она была выбрана в качестве топлива для питания звездолета Enterprise в фантастическом фильме Star Trek.

Стандартная модель предсказывает, что Большой взрыв должен был создать равное количество вещества и антиматерии, но эта смесь должна была уничтожить сама себя, не оставив ничего для создания галактик, планет или людей.

Чтобы объяснить тайну, физики ищут разницу между веществом и антиматерией — какое-то несоответствие, которое могло бы объяснить, почему материя стала доминировать.

До сих пор они выполняли чрезвычайно точные измерения для всех видов свойств: массы, электрического заряда и т. д. Но различия пока не найдены.

В прошлом году в ходе эксперимента ALPHA учёные впервые исследовали атом антиводорода с помощью света, снова не обнаружив разницы по сравнению с атомом водорода.

Но одно свойство было ранее измерено слабо — магнитный момент антипротона.

Десять лет назад Стефан Ульмер и его команда в BASE вместе принялись за попытку измерить его.

Сначала им пришлось разработать способ непосредственного измерения магнитного момента обычного протона. Они делали это, захватывая отдельные протоны в магнитном поле и заставив скачки крутиться, используя другое магнитное поле. Это измерение само по себе стало новаторским достижением, о чём писал Nature в 2014 году.

Затем они должны были выполнить такое же измерение на антипротонах — задача вдвойне затруднительная из-за того, что антипротоны немедленно уничтожаются при контакте с любым веществом.

Для этого команда использовала самую холодную и долговечную антиматерию, когда-либо созданную.

После создания антипротонов в 2015 году команда смогла хранить их более года в специальной камере по размеру и форме напоминающей банку чипсов Pringles.

Поскольку ни один физический контейнер не может хранить антиматерии, физики используют магнитные и электрические поля, чтобы содержать материал в устройствах, называемых ловушками Пеннинга.

Обычно время жизни антивещества ограничено несовершенством ловушек — небольшие неустойчивости позволяют антиматерии распасться.

Но, используя комбинацию из двух ловушек, команда BASE сделала самую совершенную камеру для антивещества из когда-либо созданных, удержав антипротоны в течение 405 дней.

Это стабильное хранилище позволило провести измерение магнитного момента на антипротонах. Результат дал значение для магнитного момента антипротона -2,7928473441 мкН. (μN — константа, называемая ядерным магнетоном) Если не учитывать знак минус, это идентично измерению для протона.

Новое измерение является точным до девятой цифры после запятой, что эквивалентно значению окружности Земли в пределах нескольких сантиметров и в 350 раз более точно, чем любое предыдущее измерение.

«Этот результат является кульминацией многолетних непрерывных исследований и разработок и успешным завершением одного из самых сложных измерений, когда-либо проводившихся в приборе Ловушка Пеннинга» — говорит Ульмер.

Поиск ответа на величайшую загадку мироздания продолжается. Следующий ожидаемый эксперимент — новая ALPHA, в ходе которого учёные ЦЕРН изучат влияние силы тяжести антиматерии, и попытаются ответить на вопрос, может ли антиматерия упасть «вверх».

Оригинал: Cosmos Magazine
перевод