Получены первые данные о квантовых эффектах в антиводороде

Коллаборация ALPHA в CERN сообщила о первых измерениях некоторых квантовых эффектов в энергетической структуре антиводорода — атома, состоящего из антипротона и позитрона. Результаты работы описаны в Nature.

«Обнаружение любого различия между материей и антиматерией пошатнуло бы основы Стандартной модели физики элементарных частиц, но ничего такого нам обнаружить не удалось. Новые измерения очень хорошо показывают некоторые аспекты взаимодействия антиматерии — такие как лэмбовский сдвиг — которые мы давно хотели лучше изучить», — рассказывает один из участников коллаборации ALPHA Джеффри Хэнгст.

Команда исследователей создает атомы антиводорода, связывая антипротоны, полученные в специальной установке CERN с позитронами — античастицами электронов. Затем ученые заключают их в магнитную ловушку в сверхвысоком вакууме, что препятствует их контакту с обычной материей и аннигиляции. После этого исследователи направляют на атомы лазерный луч, чтобы получить их спектр поглощения.

Этот метод помогает измерить известные квантовые эффекты. Например, так называемую тонкую структуру и лэмбовский сдвиг, которые соответствуют расщеплениям в определенных энергетических уровнях атома. Новая работа впервые показывает эти эффекты в атоме антиводорода. Команда ранее использовала этот подход для измерения других квантовых эффектов в антиматерии, последним из которых было измерение перехода в линии Лайман-альфа.

Тонкая структура обычного водорода была получена более века назад и заложила основу для введения фундаментальной константы природы, которая описывает силу электромагнитного взаимодействия между элементарными заряженными частицами. Лэмбовский сдвиг был открыт в этой же системе около 70 лет назад и стал ключевым элементом в развитии квантовой электродинамики, теории взаимодействия вещества и света.

В своей новой работе команда эксперимента ALPHA определила расщепление тонкой структуры и лэмбовский сдвиг, запуская и исследуя переходы между самым низким энергетическим уровнем антиводорода и 2P_3/2 и 2P_1/2 уровнями в присутствии магнитного поля напряженностью в один тесла. Физики обнаружили, что полученные значения согласуются с теоретическими предсказаниями расщеплений в «нормальном» водороде, в пределах двухпроцентной экспериментальной неопределенности для тонкоструктурного расщепления и 11%-ной для лэмбовского сдвига.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.