Співробітники колаборації ASACUSA завершили серію експериментів, спрямованих на лазерну спектроскопію антипротонних атомів гелію, та розрахували відношення мас антипротона й електрона.
Співробітники колаборації розрахували відношення мас антипротона й електрона.
Задача оцінювання маси антипротона становить великий інтерес як для експериментаторів, що розробляють нові методики вимірювань, так і для теоретиків, які хочуть із високою точністю порівняти параметри протона та його античастинки. Від результатів порівняння залежить доля фундаментальної , згідно з якою рівняння будь-якої локальної квантової теорії поля не повинні змінювати свій вигляд за зарядового спряження (заміни частинок античастинками), просторової інверсії та обернення часу. Із теореми, зокрема, випливає, що маси й часи життя частинки та її античастинки тотожно рівні, а їхні заряди й магнітні моменти відрізняються лише знаком; якщо комусь удасться спростувати хоча б одне з цих тверджень, усій сучасній теоретичній фізиці буде завдано сильного удару.
| Частина установки ASACUSA (фото Maximilien Brice). |
Експеримент ASACUSA спрямований на лазерну спектроскопію метастабільних антипротонних атомів гелію рНе+. Щоб отримати рНе+, учені спрямовують антипротони з накопичувача Antiproton Decelerator, установленого в лабораторії , на гелієву мішень. У результаті в частини атомів гелію місце одного «рідного» електрона займає р.
Утворені антипротонні атоми гелію спочатку перебувають у високозбуджених станах із головним квантовим числом n ≈ 38. Це дає змогу заселяти стани з великими значеннями орбітального моменту, який визначається квантовим числом l = 0, 1, 2, … , n – 1 і характеризує форму орбіти: стани з l = n – 1 відповідають коловим орбітам, а з l < n – 1 — еліптичним, «витягнутість» яких зростає зі зменшенням l. Оскільки антипротон, що рухається витягнутою орбітою, обов’язково опиниться поблизу ядра, де на нього чекає неминуча анігіляція, у метастабільному випадку, який нас цікавить, він має обирати орбіту з великим l, близьким до n – 1 ≈ 37.
| Схеми атома антипротонного гелію та переходів між енергетичними станами. Чорним позначено довжини хвиль (у нанометрах), що відповідають переходам зі станів (n, l) у (n – 1, l – 1). (Ілюстрація зі статті «», опублікованої в «Соросовском образовательном журнале»). |
Якщо в атомів найбільшу ймовірність мають переходи з максимально можливою зміною головного квантового числа, то в рНе+ більш імовірні переходи типу (n, l) ↔ (n – 1, l – 1). Під час дослідження методом лазерної спектроскопії такі переходи ініціюються імпульсом випромінювання, антипротон практично миттєво анігілює, а детектор реєструє продукти анігіляції — . Підлаштовуючи довжину хвилі випромінювання, фізики визначають точні енергії переходів і використовують зібрану інформацію для обчислення відношення мас антипротона й електрона.
Проблема в тому, що тепловий рух атомів рНе+ та зумовлене ним істотно обмежують точність оцінки довжини хвилі, яка відповідає тому чи іншому переходу. Автори нової роботи спробували мінімізувати негативний ефект, діючи на антипротонний гелій двома лазерними пучками, що поширювалися в протилежних напрямках. Це збуджувало двофотонні переходи виду (n, l) ↔ (n – 2, l – 2) і справді дало змогу зменшити ширину спектральних ліній.
Отримавши точні дані, учасники ASACUSA обчислили відношення мас антипротона й електрона, яке тепер можна вважати рівним 1 836,152 673 6(23). Відкрити «нову» фізику їм поки що не вдалося: зазначене значення добре узгоджується з відомим відношенням мас протона й електрона.
Слово представникові ASACUSA Масакі Хорі (Masaki Hori):
| Оптичні елементи, використані в дослідах із двома пучками (фото Р. Loïez). |
Повну версію звіту опубліковано в журналі .
Підготовлено за матеріалами .
Лише зареєстровані користувачі можуть залишати коментарі. Увійдіть або зареєструйтеся.
Коментарі (0):