У статті, опублікованій в журналі Nature Communications, дослідники експерименту ALPHA на фабриці антиматерії ЦЕРН повідомляють про нову технологію, яка дозволяє їм виробляти понад 15 000 атомів антиводню — найпростішої форми атомної антиматерії — лише за кілька годин.
"Десять років тому ці цифри здалися б науковою фантастикою", - заявив Джеффрі Хангст, представник експерименту ALPHA. «З появою більшої кількості атомів антиводню ми можемо досліджувати атомну антиматерію детальніше і швидше, ніж раніше».
Щоб створити атомарний антиводень (позитрон, що обертається навколо антипротону), колаборація ALPHA повинна створювати та захоплювати хмари антипротонів та позитронів окремо, потім охолоджувати їх та об'єднувати для утворення атомів антиводню. Цей процес удосконалювався і постійно вдосконалювався багато років. Але тепер, використовуючи новаторську технологію охолодження позитронів, команда ALPHA збільшила швидкість утворення атомів антиводню у вісім разів.
Цей винятковий прогрес у швидкості виробництва обумовлений способом підготовки позитронів. Спочатку позитрони збираються з радіоактивної форми натрію і поміщаються в так звану пастку Пеннінга, де точно налаштовані електромагнітні поля утримують античастинки на місці. Проте вони не залишаються нерухомими. Подібно до тигра в зоопарку, позитрони кружляють у своїй клітині, втрачаючи енергію. Це охолоджує хмару позитронів, але недостатньо для ефективного злиття з антипротонами з утворенням атомів антиводню. Тому команда ALPHA нещодавно випробувала новий підхід, що полягає у додаванні в пастку хмари іонів берилію, охолоджених лазером, щоб позитрони втрачали енергію в процесі, що називається "симпатичним охолодженням".
Це дозволило охолодити хмару позитронів до температури близько -266 °C, що значно підвищило ймовірність утворення атомів антиводню при змішуванні з антипротонами. Такий підхід дозволив накопичити понад 15 000 атомів антиводню менш ніж за сім годин. Для порівняння, попередньому експерименту знадобилося 10 тижнів, щоб нагромадити 16 000 атомів антиводню, необхідних для вимірювання спектральної структури антиводню з безпрецедентною точністю. «Нова методика – справжній прорив у дослідженні систематичних невизначеностей наших вимірів. Тепер ми можемо накопичувати антиводень протягом ночі та вимірювати спектральну лінію наступного дня», — сказав Нільс Мадсен, заступник прессекретаря ALPHA та керівник проєкту з охолодження позитронів.
Використовуючи цей підхід для охолодження позитронів, експеримент ALPHA зробив понад 2 мільйони атомів антиводню під час експериментальних запусків 2023–2024 років. Цього року дослідники використовують безпрецедентну кількість атомів антиводню для вивчення впливу гравітації на антиматерію у рамках експерименту ALPHA-g. Ця методика дозволить проводити ще більш точні вимірювання та глибше вивчити властивості та поведінку атомів антиматерії.
