Ученым CERN впервые удалось охладить антивещество при помощи лазерного света - «Наука и технологии»

Ученые из Европейской организации ядерных исследований CERN впервые в истории науки использовали лазеры и вырабатываемый ими свет для того, чтобы охладить антивещество до чрезвычайно низких температур. Данное достижение позволит ученым в ближайшем времени вскрыть некоторые из тайн и загадок этого странного типа вещества, включая и то, почему Вселенная не была уничтожена вскоре после момента Большого Взрыва.

В отличие от неуловимой и таинственной темной материи, антивещество является намного более материальной субстанцией, которую люди уже научились вырабатывать, хранить и исследовать. По существу, античастицы - это "зеркальные копии" обычных частиц, отличающихся от последних противоположным электрическим зарядом. Однако, при контакте частицы вещества и антивещества взаимно уничтожают друг друга, превращаясь в чистую энергию в виде света и рентгеновского излучения.

Склонность антивещества к аннигиляции несколько усложняет процесс его хранения и транспортировки. Однако, за последние годы ученые CERN приобрели достаточно богатый опыт в деле строительства ловушек для антивещества, которые сначала могли обеспечить сохранность антивещества в вакууме в течение секунд, затем - нескольких минут, часов, годов и т.д.

Длительное время хранения антивещества в ловушке позволило ученым изучить его более тщательно и снять некоторые из ключевых характеристик, таких, как спектр поглощения, воздействие сил гравитации на частицы антивещества и т.п. А главной целью этих и других подобных исследований является поиск любых малейших различий между частицами вещества и их антиподами, включая и различия в количестве электрического заряда этих частиц.

Однако, агрессивная природа антивещества является не единственной помехой для проведения его исследований. Точно также, как и в случае с обычным веществом, температура атомов антивещества заставляет эти атомы колебаться и двигаться, что приводит к возникновению тепловых шумов, ухудшающих результаты измерений. Естественно, что технологии охлаждения при помощи жидкого гелия нельзя применять по отношению к антивеществу, и ученые проекта ALPHA использовали свет лазеров для охлаждения атомов антиводорода.

Метод охлаждения при помощи лазерного света достаточно широко используется по отношению к обычному веществу, но он раньше никогда не использовался по отношению к антивеществу. Атомы или антиатомы поглощают фотоны лазерного света, что приводит к их кратковременному переходу в более высокоэнергетическое состояние. Через время эти атомы возвращаются в самое низкое энергетическое состояние, испуская фотоны вторичного света. Если правильно подобрать частоту лазерного света, то через несколько таких циклов атомы будут замедляться из-за того, что энергия излученного ими фотона чуть больше энергии поглощенного фотона лазерного света.

В своем эксперименте ученые проекта ALPHA применили луч пульсирующего лазерного света, частота которого была чуть ниже требующейся для перехода атомов антиводорода с самого низшего на более высокий энергетический уровень. После нескольких часов освещения таким светом кинетическая энергия атомов антиводорода понизилась до уровня в одну десятую часть от начального значения. И этот уровень кинетической энергии антиатомов соответствовал температуре 0.012 K, т.е. совсем чуть-чуть выше точки абсолютного нуля.

Охладив атомы антиводорода до такой температуры, ученые измерили спектральные линии, ширина которых оказалась в четыре раза уже, чем было измерено ранее. Это является яркой демонстрацией того, что технология охлаждения позволит делать гораздо более точные измерения параметров, что, в свою очередь, позволит найти различия между значениями аналогичных параметров вещества и антивещества.

Если разница между значениями аналогичных параметров вещества и антивещества будет найдена, это может стать ответом на одну из главных космологических загадок современности. Согласно имеющимся теориям, в момент Большого Взрыва во Вселенной образовалось равное количество веществ и антивещества. По идее эти два антипода почти сразу же должны были уничтожить друг друга и все во Вселенной. Но мы с вами пока еще живы и в доступной нам части Вселенной наблюдаем только скопления обычного вещества, что косвенно указывает на существование некоторых различий между двумя антиподами.