Об очередной сенсации в мире физики элементарных частиц на этой недели позаботились сотрудники Европейской организации по ядерным исследованиям (ЦЕРН). В статье научного журнала Nature, вышедшего в четверг, были опубликованы новые данные о массе антипротона, уточненные до одной миллиардной доли на экспериментальной установке ASACUSA. Точнейшие измерения массы античастиц – действенный способ найти путь к решению фундаментальных загадок природы: почему в первые миллисекунды, последовавшие за Большим Взрывом, обычное вещество взяло верх над своим двойником и как образовалась Вселенная, в которой мы живем?
«Это более чем удовлетворительный результат, - комментирует уточнение массы антипротона руководитель проекта на японско-европейской установке Масаки Хори. – Он означает, что наши измерения массы антипротона по отношению к массе электрона теперь столь же точны, как данные о массе протона».
Из протонов состоит примерно половина окружающего нас мира, и мы сами. При таком количестве вещественного материала, казалось бы, масса протона должна измеряться с гораздо большей точностью, чем масса его античастицы. Пока так оно и есть, но в ближайшем времени сотрудники эксперимента ASACUSA намереваются измерить массу антипротона с гораздо большей точностью, чем это сделано для относительно хорошо известной науке частицы.
Любая, даже самая мельчайшая разница в массах протона и его двойника, означала бы, что вещество и антивещество подчиняются различным природным законам, что стало бы сигналом для создания новой физики элементарных частиц.
Как измерить массу античастицы, которая не существует в материальном мире и исчезает при малейшем соприкосновении с ним? Сначала ученые загнали антипротоны в ловушку из атомов гелия, в которых их можно было хорошенько «пощекотать» лазерным лучом. Затем частота лазерного пучка подгоняется к значению, которое заставляет антипротоны совершить квантовый скачок внутри атомов гелия. Исходя из этой частоты, измеряется масса античастицы.
Причина значительной неточности измерений – в том, что антипротоны «вертятся» на одном месте, и частота, необходимая для квантового скачка, варьируется в зависимости от того, на каком расстоянии от лазерного пучка находятся частицы. Сходный эффект, - комментируют исследователи, - может наблюдать пешеход, слышащий сигнал скорой помощи: в момент, когда машина проезжает мимо него, ему кажется, что высота сигнала меняется.
В предыдущих измерениях массы антипротона, проведенных в 2006 году, сотрудники ASACUSA использовали один единственный лазерный пучок, и точность измерений была ограничена эффектом колебания антипротонов или «эффектом скорой помощи». В этот раз лаборатория провела исследования при помощи двух разнонаправленных пучков. Благодаря такому встречному огню, подергивания антипротонов, провоцируемые в отдельности каждым из лучей, удается частично сгладить. В конечном счете результат измерений массы получился в четыре раза более точным, чем предшествующий.
«Представьте, что нам нужно взвесить Эйфелеву башню, - разъясняет профессор Хори. – Уровень точности, которого мы теперь достигли в измерении массы антипротона, эквивалентен вероятности ошибки, примерно равной весу воробушка, севшего на вершину башни. В следующий раз, точность измерений будет соответствовать весу перышка».
Обо всех перипетиях антивещества в ЦЕРНе, а также о том, чего не могло произойти в романе Дэна Брауна, читайте в нашей статье об антиводороде и специальном досье.
