Физики из ЦЕРН провели сверхточные замеры магнитного момента антипротона и не нашли никаких различий между свойствами материи и антиматерии, что сделало тайну пропажи антиматерии и существования Вселенной еще более загадочной.
Об этом говорится в статье, опубликованной в журнале Nature, передает РИА Новости.
«Все наши замеры указывают на то, что материя и антиматерия обладают абсолютно идентичными свойствами. Иными словами, Вселенная просто не должна существовать, но реальность говорит об обратном. Соответственно, нужные нам различия где-то должны существовать, но мы сейчас просто не понимаем, где их нужно искать. Возникает вопрос — что нарушило симметрию свойств материи?», — заявил Кристиан Сморра (Christian Smorra), физик из Института RIKEN в Сайтаме (Япония).
Как сегодня считают ученые, в первые мгновения после Большого взрыва возникло равное количество материи и антиматерии. При этом Стандартная модель физики говорит о том, что свойства частиц антиматерии зеркально повторяют характеристики своих близнецов, за исключением заряда. Иначе говоря, химические и физические свойства атомов антиматерии и материи должны быть идентичными.
Так как материя и антиматерия аннигилируют при столкновении, во время рождения Вселенной их частицы должны были уничтожить друг друга, породив «море» гамма-квантов и нейтрино, не оставляя ничего, из чего могли бы возникнуть звезды, планеты и галактики. Поэтому возникает вопрос — куда «пропала» антиматерия и почему существует Вселенная.
Считается, что одна из причин «асимметрии материи» может заключаться в существовании небольших, но достаточно существенных различий в устройстве и свойствах частиц антиматерии. За последние годы физики нашли несколько намеков на то, что такие различия, например в массе протонов и антипротонов, все же существуют, однако их точное изменение затрудняется низкой точностью приборов и микроскопическими масштабами этой асимметрии.
Как правило, подобные замеры проводятся при помощи особого устройства, которое физики называют «ловушкой Пеннинга». Она представляет собой особую камеру, в которой ионы и частицы антиматерии удерживаются при помощи магнитных и электрических полей, которые заставляют их курсировать внутри ловушки по волнистой линии, закрученной в круг. Положение любой частицы в этом круге и на этой линии можно легко просчитать математическим путем, что заметно облегчает замеры ее свойств.
Как рассказывает Сморра, ловушки Пеннинга позволяют проводить очень точные замеры, однако этой точности не хватает для полноценных поисков различий между материей и антиматерией – флуктуации магнитных полей, удерживающих частицы на одном месте, постепенно начинают вносить помехи в результаты экспериментов.
Сморра и его коллеги смогли преодолеть эту проблему и повысит точность замеров в 350 раз при помощи очень простого и остроумного приема – они использовали не одну, а две ловушки Пеннинга, одна из которых работала при комнатной температуре, а вторая – при почти абсолютном нуле.
Первая установка использовалась не для замеров свойств антипротонов, а для того, чтобы понять, как быстро частицы вращаются, взаимодействуя с магнитным полем ловушки Пеннинга. Эти данные были нужны ученым для того, чтобы «удалить» подобные помехи из замеров второй ловушки, куда параллельно запускался второй антипротон, и повышения скорости проведения измерений.
Благодаря подобным ухищрениям японским и немецким физикам, работавшим с частицами антиматерии в ЦЕРН, удалось выяснить, что магнитный момент антипротона – то, как сильно частица реагирует на внешние магнитные поля – совпадает с аналогичным значением для протона до 9 знака после запятой.
Как отмечают Сморра и его коллеги, точность этих замеров можно повысить еще примерно в 10 раз, однако уже сейчас можно говорить о том, что различия между материей и антиматерией вряд ли скрываются в еще меньших расхождениях в свойствах протонов и антипротонов. В подобном случае, предположительные свойства новорожденной Вселенной будут несовместимы с тем, что мы знаем о Большом Взрыве, что делает загадку пропажи антиматерии еще более интересной и непонятной, заключают физики.