Физики сделали шаг к эксперименту, который позволит проверить гравитационное поведение мюония — короткоживущей атомоподобной системы. Общая теория относительности Эйнштейна предполагает, что материя и антиматерия должны падать одинаково, однако это положение пока требует экспериментальной проверки для отдельных типов частиц. Как сообщила физик Анна Сотер из Цюрихской высшей технической школы, исследователи разработали способ получить более упорядоченный поток мюония.
Мюоний состоит из положительно заряженного антимюона и отрицательно заряженного электрона. Основная часть его массы приходится на антимюон, который является элементарной частицей второго поколения фундаментальных частиц. Это отличает мюоний от антиводорода, с которым уже проводили гравитационные испытания.
В 2023 году эксперимент показал, что антиводород, включающий антипротон и позитрон, падает к Земле так же, как обычная материя. Однако протон и антипротон представляют собой составные частицы, образованные кварками. Нейтральный мюоний позволил бы исследовать свободное падение элементарной антивещественной частицы, причём именно нейтральный объект подходит для такого опыта.
Главная сложность связана с продолжительностью существования мюония: он распадается примерно за 2,2 микросекунды. Поэтому для измерений требуется создать большое количество атомов, чтобы часть из них успела пролететь необходимое расстояние. По словам Сотер, обычные источники мюония формируют рассеянные тепловые пучки, в которых атомы движутся под разными углами и с неодинаковой скоростью.
Новый подход предполагает направлять антимюоны в сверхтекучий гелий, охлаждённый примерно до 0,2 Кельвина. Вещество быстро замедляет частицы и останавливает их под поверхностью, после чего антимюоны захватывают электроны, встречающиеся на пути через гелий. Образовавшийся мюоний не удерживается внутри сверхтекучей жидкости: взаимодействие с ней сообщает атомам дополнительную энергию и выталкивает их наружу.
Достигнув поверхности, атомы покидают гелий и попадают в вакуум со скоростью около 2,2 километра в секунду. Такой поток имеет значительно меньший разброс скоростей, чем пучки, основанные на случайном тепловом движении. Как отмечает МК, для полноценного гравитационного измерения установку ещё предстоит доработать: сейчас мюоний движется вертикально вверх, тогда как исследователям нужен горизонтальный полёт, во время которого сила тяжести сможет немного отклонить частицы вниз.