Учените от колаборацията ALICE са успели с рекордна точност да измерят масата и енергията на свързване на ядра антивещество, родено в Големия адронен колайдер в сблъсъци на тежки ядра.
Това изследване, заедно с други скорошни експерименти, ще направи най-накрая физиката на антиматерията достъпна за точни измервания. Докладът от работата е публикуван в списание Nature Physics, а всички резултати от LHC са достъпни на сайта на ЦЕРН.
Всеки тип частица има своя античастица - антипротони, антинеутрони, позитрони и т.н., а тяхната маса и други общи свойства съответстват на свойствата на частиците. Макар че малко хора се съмняват в това, всяка теоретична прогноза подлежи на експериментална проверка. Досега всички експерименти, в които са наблюдавани античастици, не противоречат на това твърдение. Но физиците все още търсят начини за увеличаване на точността на измерване и тестване на неговата валидност в търсене на все по-фини ефекти.
Що се отнася до отделните частици на антиматерия, постигнатата точност е впечатляваща. При скорошния експеримент BASE в ЦЕРН съвпадението на масата на протона и антипротона е потвърдено на нивото на една десетомилиардна. Но ситуацията се влошава драстично, когато става въпрос за андиядра, т.е. за ядра антивещество, съставени от антипротони и антинеутрони.
Причината е, че получаването и измерването на антиядра е много по-трудно, отколкото отделни частици.
Трудно задържане и раждане
В лабораторни условия античастиците се раждат при взаимодействията в ускорители на частици и се съхраняват в “капани” – комбинация от магнитно поле и електрически полета при висок вакуум.
Първите атоми антиводород са получени в ЦЕРН през 1995 г., но са се анихилирали почти веднага.
За първи път през 2002 г. физиците от ЦЕРН получават значителен обем антиматерия – около 50 000 антиводородни атома. Но цялото количество от антиматерия незабавно се самоунищожило, анихилирало, взаимодействайки си с нормалното вещество. През 2010г. отново в лабораториите на ЦЕРН успяват да получат и задържат повече от 16 минути 38 атома антиводород, достатъчно време и количество за изследване, благодарение на апаратурата ALPHA (Antihydrogen Laser Physics Apparatus). Антихелий-3 е наблюдаван през 1971, антихелий-4 - съвсем наскоро, през 2011 година.
Поради тези трудности учените все още не могат да започнат истински да изучават антиядрените сили, които действат между антипротони и антинеутрони, свързващи ги в антиядро. Теоретиците твърдят, че тези сили трябва да са идентични с обикновените ядрени сили, но и това твърдение трябва да мине експериментална проверка.
С нова точност
Измервания на загубата на енергия във времето позволяват на експеримента ALICE да идентифицира антиядрата (горните криви вляво) и ядрата (горните криви вдясно), произведени при сблъсъци на йони олово в LHC. Изображение: ALICE
Наскоро публикуваната статия на колаборацията ALICE, която работи в LHC в ЦЕРН е първата стъпка в тази посока. През първите три години дейност ускорителят е сблъсквал не само протони, но и ядра олово. Във всеки подобен сблъсък се раждат хиляди отделни частици. Сред тях понякога може да се случат антипротони антинеутрони и в много редки случаи, техните свързани състояния - антиядрата. Но детекторът ALICE не само надеждно регистрира различните частици, но и точно измерва техния импулс и скорост, а оттам и масата им.
ALICE измерва масите на ядрата на антидеутерий и антихелий-3 с рекордна точност. Резултатите от измерването са представени за величината ΔμA= μA− μанти-A = (m/|z|)A− (m/|z|)анти-A , където Z - е електрическия заряд на частицата, и A - е типът на ядрото:
Δμd/μd = (0,9 ± 0,5 ± 1,4)·10−4,
ΔμHe3/μHe3 = (−1,2 ± 0,9 ± 1,0)·10−3.
Във всеки от случаите, второто число е статистическата грешка, а третата - системна инструментална грешка. Както може да се види, че измерените стойности в рамките на грешката, са нула в съгласие с теоретичните очаквания.
Сравнение на масата (вляво) и свързващите енергии (вдясно) на ядра и антиядра деутерий и хелий-3. С червено са показани новите резултати на ALICE, с черно - тези от стари експерименти. Изображение: ALICE Collaboration / Nature Physics
Дори постигната точност да не е твърде впечатляваща, по-важно е, че физиката на антиядрата постепенно преминава от обикновено наблюдение към точни измервания.
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари