АЛЬФА-эксперимент
| ЕЛЕНА | Антипротонное кольцо сверхнизкой энергии - еще больше замедляет антипротоны, исходящие от AD. |
|---|---|
| эксперименты по AD | |
| АФИНА | АД-1 Производство антиводорода и прецизионные эксперименты |
| ЛОВИТЬ | АД-2 Холодный антиводород для точной лазерной спектроскопии |
| АСАКУСА | АД-3 Атомная спектроскопия и столкновения с антипротонами |
| ТУЗ | AD-4 Эксперимент с антипротонной клеткой |
| АЛЬФА | АД-5 Аппарат антиводородной лазерной физики |
| ИЭГИС | АД-6 Антиводородный эксперимент гравитационная интерферометрическая спектроскопия |
| ГБАР | AD-7 Гравитационное поведение покоящегося антиводорода |
| БАЗА | AD-8 Эксперимент по барионной антибарионной симметрии |
| ПУМА | AD-9 Антипротонная аннигиляция нестабильной материи |
Антиводородный лазерный физический аппарат ( АЛЬФА ), также известный как AD-5 , представляет собой эксперимент в ЦЕРН по антипротонному замедлителю , предназначенный для захвата антиводорода в магнитную ловушку с целью изучения его атомных спектров . Конечная цель эксперимента — проверить симметрию CPT путем сравнения соответствующих спектров водорода и антиводорода. [1] В число ученых, принимающих участие в АЛЬФА, входят бывшие участники эксперимента ATHENA (AD-1), который первым произвел холодный антиводород в 2002 году.
27 сентября 2023 года сотрудники АЛЬФА опубликовали результаты, предполагающие, что антиматерия взаимодействует с гравитацией аналогично обычной материи, что подтверждает предсказание слабого принципа эквивалентности . [2] [3]
Экспериментальная установка
[ редактировать ]Работа с антивеществом представляет собой несколько экспериментальных задач. Магнитные ловушки, в которых нейтральные атомы удерживаются с помощью своих магнитных моментов , необходимы для предотвращения аннигиляции антивещества с материей, но они общеизвестно слабы. Только атомы с кинетической энергией, эквивалентной менее одного кельвина, могут быть пойманы. Проекты ATHENA плазмы и ATRAP 2) производили антиводород путем слияния холодной ( позитронов AD - и антипротонов . Хотя этот метод оказался весьма успешным, он создает атомы антиматерии с кинетической энергией, слишком большой, чтобы ее можно было поймать. Более того, чтобы провести лазерную спектроскопию этих атомов антивещества, они должны находиться в своем основном состоянии , чего, по-видимому, не происходит в случае большинства атомов антивещества, созданных с помощью этого метода.
Антипротоны поступают из антипротонного замедлителя и «смешиваются» с позитронами из специально сконструированного аккумулятора позитронов в универсальной ловушке Пеннинга . Центральная область, где происходит смешивание и, следовательно, образование антиводорода, окружена сверхпроводящим октупольным магнитом и двумя разделенными по оси короткими соленоидными «зеркальными катушками», образующими магнитную ловушку «минимум B ». После захвата антиводород можно подвергнуть изучению и сравнить измерения с измерениями водорода.
Обнаружение антиводорода
[ редактировать ]Чтобы обнаружить захваченный антиводород, АЛЬФА также включает в себя «кремниевый вершинный детектор»: цилиндрический детектор, состоящий из трех слоев кремниевых полосок. Каждая полоска действует как детектор проходящих заряженных частиц. Регистрируя возбуждение полосок, АЛЬФА может восстановить следы частиц, проходящих через детектор. Аннигиляция антипротона обычно приводит к испусканию 3 или 4 заряженных пионов . Восстановив их следы с помощью детектора, можно определить место аннигиляции. Эти следы совершенно отличаются от следов космических лучей , которые также были обнаружены, но из-за их высокой энергии они проходят прямо через детектор.
Чтобы подтвердить успешный захват, магнит АЛЬФА, создающий минимальное B-поле, был разработан так, чтобы обеспечить быстрое и многократное обесточивание. Затухание тока при обесточивании имеет характерную длительность 9 мс, что на порядки быстрее, чем у аналогичных систем. Теоретически быстрая скорость выключения и способность подавлять ложные сигналы космических лучей позволяют АЛЬФА обнаруживать высвобождение одиночных атомов антиводорода во время обесточивания.
Охлаждающий антиводород
[ редактировать ]Одна из главных проблем работы с антиводородом — достаточно охладить его, чтобы его можно было уловить. Антипротоны и позитроны нелегко охладить до криогенных температур , поэтому для этого АЛЬФА применила хорошо известную технику атомной физики, известную как испарительное охлаждение . [4] Современные ловушки с минимумом B, такие как та, которую использует АЛЬФА, имеют глубину порядка 1 Кельвина.
Результаты
[ редактировать ]Предварительный эксперимент, проведенный в 2013 году, показал, что гравитационная масса атомов антиводорода в 65–110 раз превышает их инертную массу , что оставляет значительные возможности для уточнения с использованием большего количества более холодных атомов антиводорода. [5]
АЛЬФА преуспела в лазерном охлаждении атомов антиводорода — метод, известный как этот, был впервые продемонстрирован на обычной материи в 1978 году. [6] [7] [8]
27 сентября 2023 года команда АЛЬФА опубликовала статью, подтверждающую предсказание о том, что гравитационное взаимодействие антивещества аналогично взаимодействию обычной материи. Чтобы принцип слабой эквивалентности общей теории относительности был верным, необходимо, чтобы два вещества обладали одинаковыми гравитационными свойствами. [2] [3] Результаты исключают «отталкивающую [антигравитацию]», как ранее предполагали некоторые специалисты в этой области.
Соавторы
[ редактировать ]В число сотрудников АЛЬФА входят следующие учреждения:
- Орхусский университет , Дания
- Университет Британской Колумбии , Канада
- Калифорнийский университет, Беркли , США
- Университет Калгари , Канада
- Ливерпульский университет , Великобритания
- Университет Манитобы , Канада
- Центр ядерных исследований Негев , Израиль
- Университет Пердью , США
- КОРОЛЕВСТВО , Япония
- Федеральный университет Рио-де-Жанейро , Бразилия
- Университет Суонси , Великобритания
- Токийский университет , Япония
- Йоркский университет , Канада
- ТРИУМФ , Канада
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Мэдсен, Н. (2010). «Холодный антиводород: новый рубеж фундаментальной физики» . Философские труды Королевского общества А. 368 (1924): 3671–82. Бибкод : 2010RSPTA.368.3671M . дои : 10.1098/rsta.2010.0026 . ПМИД 20603376 . S2CID 12748830 . Архивировано из оригинала 29 марта 2020 г. Проверено 22 июля 2021 г.
- ^ Jump up to: а б До свидания, Деннис (27 сентября 2023 г.). «С антивеществом все в порядке, подтверждает новый эксперимент. Считайте это хорошей новостью, говорят физики: «Противоположный результат имел бы большие последствия » . Нью-Йорк Таймс . Архивировано из оригинала 27 сентября 2023 года . Проверено 28 сентября 2023 г.
- ^ Jump up to: а б Андерсон, ЕК (27 сентября 2023 г.). «Наблюдение влияния гравитации на движение антивещества» . Природа . 621 (7980): 716–722. Бибкод : 2023Natur.621..716A . дои : 10.1038/s41586-023-06527-1 . hdl : 20.500.11850/636368 . ПМЦ 10533407 . ПМИД 37758891 .
- ^ Гроссман, Лиза (2010). «Самые крутые антипротоны» . Физика . 26 . Американское физическое общество . Архивировано из оригинала 4 июля 2010 года . Проверено 2 июля 2010 г.
- ^ Сотрудничество АЛЬФА и А.Е. Чарман (2013). «Описание и первое применение новой методики измерения гравитационной массы антиводорода» . Природные коммуникации . 4 : 1785. Бибкод : 2013NatCo...4.1785A . дои : 10.1038/ncomms2787 . ПМК 3644108 . ПМИД 23653197 . Артикул: 1785.
- ^ Бейкер, CJ; Берче, В.; Капра, А.; Каррут, К.; Сезар, CL; Чарльтон, М.; Кристенсен, А.; Коллистер, Р.; Матхад, А. Кридленд; Эрикссон, С.; Эванс, А. (2021). «Лазерное охлаждение атомов антиводорода» . Природа . 592 (7852): 35–42. Бибкод : 2021Natur.592...35B . дои : 10.1038/s41586-021-03289-6 . ISSN 1476-4687 . ПМК 8012212 . ПМИД 33790445 .
- ^ Вайнленд, диджей; Друллинджер, Р.Э.; Уоллс, Флорида (1978). «Радиационно-барическое охлаждение связанных резонансных поглотителей» . Письма о физических отзывах . 40 (25): 1639–1642. Бибкод : 1978PhRvL..40.1639W . дои : 10.1103/PhysRevLett.40.1639 . ISSN 0031-9007 .
- ^ Нойхаузер, В.; Хоэнштатт, М.; Тошек, П.; Демельт, Х. (1978). «Оптическое боковое охлаждение облака видимых атомов, заключенного в параболической яме» . Письма о физических отзывах . 41 (4): 233–236. Бибкод : 1978PhRvL..41..233N . дои : 10.1103/PhysRevLett.41.233 . ISSN 0031-9007 . Архивировано из оригинала 29 сентября 2023 г. Проверено 22 июля 2021 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]Рекорд эксперимента АЛЬФА на INSPIRE-HEP