CERN научился делать антиводород за ночь вместо 10 недель. 15 000 антиатомов — достаточно, чтобы найти пропавшую половину Вселенной

Физики CERN сообщили о достижении, который открывает для экспериментов с антиматерией невероятные масштабы. Установка ALPHA научилась получать большие объёмы антиводорода не за месяцы и даже не за недели — теперь десятки тысяч антиатомов появляются в лаборатории за одну ночь.

Антиводород состоит из антипротона и позитрона, и его создание требует предельно аккуратной подготовки. Эти частицы нужно по отдельности захватить, охладить почти до абсолютного нуля и только затем свести вместе. Чем ниже энергия столкновения, тем выше шанс, что позитрон свяжется с антипротоном. Команда ALPHA годами улучшала каждую стадию процесса, но настоящий скачок дал новый метод охлаждения позитронов. Благодаря ему скорость синтеза выросла примерно в 8 раз.

Позитроны получают из радиоактивного натрия и удерживают в ловушке Пеннинга — системе из электрических и магнитных полей, которые не дают заряженным частицам покинуть объём. Внутри ловушки позитроны движутся по спирали и немного теряют энергию, но естественного охлаждения недостаточно. Чтобы опустить их энергию в нужный диапазон, исследователи добавили в ту же ловушку лазерно охлаждённые ионы бериллия. Здесь работает механизм, хорошо известный в экспериментальной атомной физике: симпатическое охлаждение. Холодные ионы многократно взаимодействуют с более горячими позитронами, и энергия между ними перераспределяется. В итоге облако позитронов оказалось охлаждено примерно до –266 °C, то есть до температур, близких к абсолютному нулю. В таких условиях вероятность образования антиводорода резко возрастает.

Результат впечатляет масштабом: более 15 000 антиатомов накопили за 7 часов — раньше на аналогичное количество уходило около 10 недель. Теперь установка может обеспечивать такие объёмы регулярно, что полностью меняет сам подход к экспериментам. Если раньше группе приходилось неделями собирать материал для одной серии измерений, то теперь можно накапливать образец за ночь и на следующий день уже переходить к спектроскопии.

За цикл 2023–2024 годов той же методикой получили свыше 2 миллионов атомов антиводорода. Такой запас открывает путь к более точным исследованиям, включая измерения в рамках ALPHA-g — эксперимента, который изучает поведение антиматерии в гравитационном поле и проверяет, подчиняется ли она тем же законам, что и обычная материя.

Большие объёмы антиатомов позволяют гораздо строже контролировать систематические ошибки и проводить измерения с точностью, которая ранее была недоступна. Исследователи рассчитывают, что дальнейшее совершенствование охлаждения и стабильности источников позитронов даст возможность проверять фундаментальные физические модели на новом уровне и приблизит ответы на один из главных вопросов космологии — почему во Вселенной доминирует материя, хотя теория предсказывает симметричное рождение материи и антиматерии.