В конце концов, антиматерия не такая уж иная: ученые помогают впервые измерить притяжение антипротонов

Кефэн Синь, аспирант Райс, является одним из немногих основных авторов, которые на этой неделе представили доказательства того, что сила притяжения между антипротонами аналогична силе притяжения между протонами, и измерили ее.
В частности, команда измерила два важных параметра: длину рассеяния и эффективный диапазон взаимодействия между двумя антипротонами. Это дало ученым принципиально новый способ понять силу, которая удерживает вместе ядра в антивеществе, и как это соотносится с материей.
«Речь идет о тонкой разнице в том, как материя и антивещество взаимодействуют друг с другом», — сказал физик Райс Фрэнк Гертс.

Антипротоны несут электрический заряд и вращаются, противоположные протонам. Как все вещество и антивещество, оба они были созданы в момент Большого взрыва. Физики все еще пытаются понять, почему они видят так мало античастиц в природе, хотя частицы и античастицы были произведены в равных количествах и аннигилировали друг друга при контакте.

«Возможно, антивещество не обладало такой же силой притяжения, как материя, и помогло бы объяснить, как эти различия во время начальной части Большого взрыва могли привести к тому, что антивещество не сохранилось в форме звезд и планет. ", — сказал Гертс.

"Вот где это исследование полезно. Взаимодействия между двумя частицами антивещества оказываются очень похожими на частицы вещества. Возможно, это не даст нам решения более серьезной проблемы, но мы определенно удалили один вариант », — сказал он.

Об этой находке сообщили в Nature от имени более 500 ученых, в том числе Гертса, которые работают над экспериментом STAR, входящим в состав коллайдера релятивистских тяжелых ионов (RHIC) в Университете Калифорнии.S. Брукхейвенская национальная лаборатория Министерства энергетики. Рассказ об открытии Брукхейвена опубликован здесь.

Длина рассеяния — это мера того, как частицы отклоняются при перемещении от источника к месту назначения; их пути видны в виде трехмерных следов, захваченных STAR (сокращенно от Solenoid Tracker в RHIC). Эффективный диапазон показывает, насколько близко должны быть частицы, чтобы их заряды влияли друг на друга, как магниты.

Оба измеряются фемтометрами. Один фемтометр равен одной миллионной нанометра; нанометр — это одна миллиардная метра.
Для антипротонов, измеренных на RHIC, длина рассеяния составляла примерно 7.41 фемтометр, а эффективный диапазон — 2.14 фемтометров, почти эквивалентных своим протонным аналогам. Для измерения столь малых расстояний требуется как сложное оборудование, так и сложные вычисления.

«Это открытие не является сюрпризом, — сказал Синь, доктор философии.D. Диссертация посвящена довольно экзотическим системам, называемым мюонными атомами. «Мы изучали взаимодействие между нуклонами (частицами, составляющими ядро ​​атома) на протяжении десятилетий, и мы всегда думали, что силы между частицами антивещества такие же, как и для материи.

Но это первый раз, когда мы смогли его количественно оценить."
Синь, ученик Geurts, применил методы, разработанные в его диссертации, к анализу. Первой задачей было определить, какие частицы, образовавшиеся при столкновении, действительно были антипротонами и были ли какие-то две достаточно близко друг к другу, чтобы влиять друг на друга. Затем последовала корреляция их импульса от создания до разрушения, обычно несколько наносекунд.

«Все данные, которые мы собрали в 2011 году, относятся к 500 миллионам событий (столкновения двух тяжелых ионов золота)», — сказал Синь. "Практически каждое мероприятие может внести свой вклад."
Антивещество может быть создано в небольших количествах с помощью коллайдера, такого как RHIC, и проанализировано. Коллайдер ускоряет ядра тяжелых атомов почти до скорости света и сталкивает их вместе, чтобы произвести элементарные частицы, античастицы и экзотические материалы, такие как кварки, мюоны и плазма. Все это можно охарактеризовать с помощью инструментов, созданных в Rice и других местах как часть STAR.

RHIC разбивал ионы золота, чтобы произвести сотни миллионов частиц, которые можно обнаружить по следам ионизации, которые они оставляют в заполненном газом цилиндре, окружающем столкновение, и датчике "времени пролета". Инструмент, созданием которого руководила Райс, сообщает исследователям, сколько наносекунд требуется частицам, чтобы пройти от точки удара до датчиков на внешних границах коллайдера.

«RHIC идеально подходит для такого рода экспериментов, потому что он позволяет нам сбросить лодку энергии в очень маленький объем и заставить много частиц выходить из него», — сказал Гертс. "Важна множественность. Если вы не сделаете много частиц, шансы, что они будут взаимодействовать друг с другом, невелики."

Исследователи из 52 организаций, участвующих в коллаборации STAR, являются соавторами статьи Nature. Соавторами Райса являются аспиранты Даниэль Бранденбург, Джои Баттерворт и Ник Латтрелл; ученый-исследователь Гири Эппли; и Пабло Йепес, старший научный сотрудник факультета физики и астрономии.

Гертс — доцент физики и астрономии.

Портал обо всем