Заряд идентичен заряду атома водорода, что еще раз демонстрирует, что свойства антивещества и материи являются зеркальным отображением друг друга.
Ненулевой заряд означал бы, что антипротон в ядре и гудящий вокруг него позитрон имеют немного разные заряды, что нарушило бы правила Стандартной модели физики элементарных частиц и, возможно, объяснило бы преобладание материи над антивеществом в Вселенная.
«Асимметрия материи и антивещества во Вселенной — одна из наиболее важных нерешенных проблем теории Большого взрыва, которая в остальном очень успешна», — сказал Джоэл Фаянс, профессор физики Калифорнийского университета в Беркли и один из ее руководителей. эксперимента. "Наш эксперимент был долгим, чтобы увидеть, есть ли различия между веществом и антивеществом, в данном случае атомами водорода и атомами антиводорода. Оба должны быть нейтральными."
Теоретически материя и антивещество должны были быть созданы в равных количествах при рождении космоса во время Большого взрыва 13.8 миллиардов лет назад. Однако сегодня антивещество во Вселенной встречается редко, что заставляет физиков искать мельчайшие нарушения известных законов физики, которые могли бы объяснить асимметрию.
«В некотором смысле, это первое прецизионное измерение антиводорода, потому что это измерение превышает все, что можно было бы вывести из предыдущих измерений», — сказал Фаянс. "Люди отдельно установили границы заряда антипротона и позитрона, которые противоположны и экспериментально примерно равны. Но в этой статье мы улучшили оценку, полученную путем сложения измеренных зарядов антипротона и позитрона."
Заряд равен нулю с точностью до 0.7 частей на миллиард, предел в 20 раз меньше, чем предыдущие измерения.
Эксперимент также позволил исследователям вычислить заряд позитрона, который является таким же — за исключением знака заряда — что и у электрона, в пределах 1 части на миллиард. Этот предел в 25 раз лучше, чем предыдущие измерения.
Результаты были опубликованы в январе.
21, 2016 номер журнала Nature. Сотрудничество ALPHA с Европейской организацией ядерных исследований в Женеве, Швейцария, возглавляет Джеффри Хангст из Орхусского университета в Дании.
Поиск отличий между веществом и антивеществом
Фаянс, профессор физики Калифорнийского университета в Беркли Джонатан Вуртеле и их коллеги из ALPHA исследовали антиводород в предыдущих экспериментах для поиска нарушений Стандартной модели, но пока безрезультатно.
Одна из таких попыток обнаружить разницу между гравитационным притяжением материи и антивещества будет проверена с большей точностью благодаря новому гранту в размере 15 миллионов долларов, предоставленному ALPHA из Канады и Дании для поиска гравитационных аномалий в атомах антиводорода.
В последнем эксперименте, проведенном в конце 2014 года, Фаянс и Вуртеле использовали новый метод, называемый стохастическим ускорением, который более чувствителен, чем более прямые методы. Они захватили атомы антиводорода, как и в предыдущих экспериментах, но на этот раз многократно пульсировали их электрическим полем, пытаясь вытолкнуть их из ловушки. Если бы антиатомы действительно нейтральны, эти поля не имели бы никакого эффекта.
"Мы беспрерывно воздействовали на антиводород электрическим полем, случайным образом, примерно 80 000 раз. Если бы они были атакованы, их толчки вперед и назад, вперед и назад в конечном итоге дали бы им достаточно энергии, чтобы выбраться из ловушки », — сказал он. "Антиводород остался в ловушке, что позволило нам установить предел того, какой заряд мог быть."
Он сравнил эту технику с запуском воздушного шара вокруг футбольного стадиона, в который неоднократно ударяли сотни или тысячи фанатов.
Без воздушного трения, замедляющего его, воздушный шар в конечном итоге улетит за пределы стадиона.
По словам Фаянса, благодаря многолетней работе примерно 50 ученых и студентов ALPHA эксперимент ALPHA сейчас находится на критическом этапе.
«Мы подошли к тому моменту, когда мы можем уверенно и надежно проводить эксперименты с захваченным антиводородом, но нам потребовались тысячи и тысячи часов, чтобы добраться до этой точки», — сказал он. "Это открывает новую эру точных измерений содержания антиводорода."
Аспиранты Калифорнийского университета в Беркли Марчелло Бакеро-Руис и Лен Эванс и лектор Эндрю Чарман работали с Фаянсом, Вуртеле и командой ALPHA, чтобы получить экспериментальные данные и проанализировать их за последний год.
Команду Калифорнийского университета в Беркли поддержал университет США.S. Национальный научный фонд и Министерство энергетики.