Физики Северо-Западного университета смогли удерживать одну частицу антиматерии в течение нескольких месяцев. Позитрон охладили до температуры, близкой к абсолютному нулю, и научились с высокой точностью управлять его квантовыми состояниями без непосредственного контакта. Результаты эксперимента опубликованы в журнале Physical Review Letters, сообщает WIRED.
Антиматерия должна существовать в сопоставимом с обычной материей количестве: математические расчёты предсказывают для каждой частицы материи соответствующую античастицу. Эксперименты подтвердили это правило, однако наблюдаемая Вселенная почти полностью состоит из обычного вещества. Причина такого дисбаланса остаётся одной из нерешённых проблем физики.
Античастицы получают в лабораториях, но их изучение осложняет аннигиляция — при встрече с обычной материей обе частицы уничтожаются с выделением энергии. Поэтому исследователи помещают антиматерию в вакуумные камеры и удерживают её электромагнитными полями, не позволяя соприкасаться с окружающим веществом. Даже при такой изоляции эксперименты с квантовыми свойствами частиц остаются сложными.
Группа под руководством Джеральда Габриэлсе использовала устройство под названием «однопозитронный квантовый циклотрон». Электрические и магнитные поля удерживали позитрон в вакууме при температуре, близкой к абсолютному нулю, переводя его в состояние с минимальной энергией. Это позволило вызывать контролируемые изменения его квантового поведения, не разрушая частицу, и многократно повторять измерения.
Учёные намерены сравнить магнитные свойства позитрона и электрона. У этих частиц одинаковая масса, но противоположные электрические заряды; при этом степень сходства их характеристик ещё предстоит проверить с большей точностью. По данным Американского физического общества, новая установка способна повысить точность измерений антиматерии примерно в 30 раз по сравнению с прежними возможностями.
Пока эксперимент не выявил неожиданных различий между позитроном и электроном. Однако теперь исследователи смогут эффективнее искать такие отклонения: если позитрон будет иначе реагировать на магнитное поле, физикам придётся пересмотреть некоторые законы, описывающие поведение материи и антиматерии.