Установка ALPHA теперь производит десятки тысяч антиатомов за одну ночь, открывая новые возможности для исследований.
Как известно, антиводород состоит из антипротона и позитрона. Их создание требует невероятной точности: частицы нужно по отдельности захватить и охладить почти до абсолютного нуля, а затем свести вместе. Чем ниже энергия столкновения, тем выше вероятность их соединения.
Команда ALPHA годами совершенствовала этот процесс, но настоящий прорыв произошел благодаря новому методу охлаждения позитронов, который увеличил скорость синтеза в восемь раз.
Позитроны получают из радиоактивного натрия и удерживают в специальной ловушке Пеннинга. Внутри ловушки они движутся по спирали, теряя энергию. Однако естественного охлаждения недостаточно. Чтобы достичь нужной температуры, исследователи добавили в ловушку лазерно охлажденные ионы бериллия. Холодные ионы взаимодействуют с горячими позитронами, перераспределяя энергию. В итоге температура позитронов снизилась до –266 °C, что близко к абсолютному нулю. В таких условиях вероятность образования антиводорода значительно возрастает.
Результат впечатляет: за семь часов было получено более 15 000 антиатомов, тогда как раньше на такое количество уходило около десяти недель. Теперь установка может регулярно создавать такие объемы, что меняет подход к экспериментам. Если раньше для одной серии измерений приходилось неделями собирать материал, то теперь можно накопить образец за ночь и сразу перейти к спектроскопии.
За цикл 2023–2024 годов с помощью этой методики было получено более 2 миллионов атомов антиводорода. Такой запас позволит проводить более точные исследования, включая эксперимент ALPHA-g, который изучает поведение антиматерии в гравитационном поле и проверяет, подчиняется ли она тем же законам, что и материя.
Большие объемы антиатомов дают возможность лучше контролировать систематические ошибки и проводить измерения с высокой точностью. Исследователи надеются, что дальнейшее совершенствование методов охлаждения и стабилизации источников позитронов позволит проверять фундаментальные физические модели на новом уровне и приблизиться к ответу на один из главных вопросов космологии: почему во Вселенной доминирует материя, хотя теория предсказывает их симметричное рождение.