Завдяки старанням студента з Університету Райса людство дізналося більше про Всесвіт. Сін Кефен, студент-магістр з Університету Райса, – один з кількох авторів фундаментального відкриття, яка стосується основоположних характеристик матерії. Йдеться про експериментальне підтведження гіпотези, що сила притягання між антипротонами така сама, як і між протонами.
Команда дослідників експериментально встановила два параметри – довжину розсіювання та ефективний масштаб взаємодії між антипротонами. Мова йде про створення нового способу визначення параметрів сили, яка утримує нуклони в ядрах антиматерії, а також її кореляції з аналогічною силою у матерії.
Антипротони мають таку ж масу, як і протони, але їх заряд і спін протилежні за значенням. Матерія і антиматерія утворились в момент Великого вибуху в однаковій кількості. Під час контакту між собою вони взаємно аннігілюють. Те, чому сьогодні зорі, галактики, планети й уся видима речовина складається виключно з матерії, а антиматерії в природі існує мізерна кількість, становить одну з найбільших проблем сучасної науки (баріонна асиметрія Всесвіту).
«Найпоширеніша гіпотеза полягала в тому, що антиматерія має меншу силу притягання, ніж матерія. Саме тому із матерії сформувалися зорі і планети, а антиматерія розсіялась в поодиноких атомах. Тепер від цієї гіпотези, очевидно, доведеться відмовитись», – каже співавтор дослідження, фізик з Університету Райса Френк Ґьортс.
Його результати опубліковані в Nature. Свій внесок у нього зробили понад 500 вчених, які працюють у рамках експерименту STAR (аббревіатура від Solenoid Tracker) на Релятивістському прискорювачі важких іонів (RHIC) у Національній лабораторії Брукхейвен (США).
Суть експерименту полягала в обчисленні двох параметрів антипротонів – довжини розсіювання та ефективної відстані. Довжина розсіювання – це міра того, як частинки відхиляються від курсу, рухаючись від джерела до мішені. Їхні шляхи стають видимі як трьохвимірні іонізовані сліди у камері, заповненій газом, які фіксує пристрій STAR. Ефективна відстань – це мінімальна відстань між частинками, на якій вони можуть взаємодіяти між собою. Обидві величини вимірюють у фемтометрах. Фемтометр – це одна мільйонна нанометра. Нанометр, своєю чергою, – це мільярдна частка метра.
За результатами дослідження виявилося, що довжина розсіювання антипротонів становила приблизно 7,41 фемтометрів, а ефективна відставть була 2,41 фемтометра. Ці величини аналогічні у протонів.
«Такий результат не став для нас сюрпризом. – сказав Сін, який досліджує у своїй дисертації екзотичні системи, що називаються мюонними атомами. – Взаємодію між нуклонами досліджують вже десятиліттями. Увесь цей час припускали, що сили притягання між античастинками такі самі, як між частинками. Ми ж вперше змогли ці сили квантифікувати. Усі дані були зібрані у 2011 р. із 500 млн. подій зіткнення між важкими іонами золота».
На колайдерах, таких як RHIC, можна створити антиматерію у незначних кількостях. Колайдер прискорює ядра важких атомів до швидкості, близької до швидкості світла, й ударяє їх між собою. Унаслідок цього процесу утворюються частинки, античастинки та екзотична речовина – кварки, мюони та плазма.
Як пояснює Френк Ґьортс, «це дослідження не дає відповіді на велику наукову проблему, але достеменно скасовує одну опцію, яка могла повести учених хибним шляхом».
Antimatter not so different after all
ScienceDaily, 4/11/2015
Зреферував Євген Ланюк
08.11.2015