Антиматерия это субстанция, изучение которой связано с целым рядом больших сложностей, она тут же уничтожит себя и любой контейнер, в котором она будет заключена. Но для хранения антиматерии ученые уже давно придумали специальные ловушки и недавно ученые Европейской организации ядерных исследований CERN закончили разработку и создание новой ловушки, в которой антивещество может быть охлаждено до сверхнизких температур буквально за несколько секунд, а не часов, как это было ранее. Быстрое охлаждение антиматерии оставит ученым больше времени для проведения экспериментов, что, в свою очередь, позволит им найти ответы на некоторые из самых больших загадок Вселенной.
Напомним, что антиматерия является антиподом обычной материи, из которой состоит весь окружающий нас мир. Главным различием между частицами антиматерии и материи являются противоположные электрические заряды, но у этого различия имеют серьезные последствия, если частицы антиматерии и материи войдут в контакт, они взаимоуничтожатся, породив выброс достаточно большого количества энергии.
Согласно существующим теориям, в том числе Стандартной модели физики элементарных частиц, во время Большого Взрыва во Вселенной образовалось равное количество антиматерии и материи. Но полного взаимного уничтожения матери и антиматерии почему то не произошло, а окружающая нас Вселенная, по крайней мере доступная для нас ее часть, состоит из обычной материи. Причины такого дисбаланса до сих пор неизвестны ученым и это составляет одну из самых фундаментальных загадок для современной науки.
К сожалению, редкость и нестабильность антиматерии мешают ученым изучать ее особенности. Антиматерия может быть получена в крошечном количестве только в недрах мощных ускорителей, таких, как Большой Адронный Коллайдер, где в столкновениях частиц рождаются пары частиц и античастиц. Эти античастицы улавливаются, изолируются и помещаются в специальные ловушки, которые называются ловушками Пеннинга.
В ловушках Пеннинга используются электрические и магнитные поля, которые удерживают частицы антиматерии и не дают им возможности войти в контакт с частицами вещества, из которого изготовлены стены ловушки. Пойманные таким образом частицы антивещества охлаждаются до сверхнизких температур для избавления от тепловых шумов при проведении измерений.
Для охлаждения частиц антиматерии используется достаточно распространенный метод - лазерное охлаждение. Но в новой ловушке был использован несколько другой метод - косвенное охлаждение частиц при помощи ионов, охлаждаемых лазером и поглощающих тепло частиц антиматерии. При этом, ученым CERN успешно удалось решить проблему, связанную с присутствием внутри ловушки частиц материи и антиматерии одновременно.
Новая ловушка представляет собой две ловушки Пеннинга, связанные сверхпроводящей резонансной электрической цепью. В одной ловушке содержится облако ионов бериллия, а в другой ловушке находится единственный антипротон. Когда ионы бериллия охлаждаются при помощи лазерного света, тепловая энергия антипротона перемещается к ионам, используя сверхроводники в качестве промежуточного передаточного звена. Такой метод позволяет охладить до более низкой температуры частицы антиматерии за более короткий промежуток времени.
"Создание новой ловушки позволит кардинально улучшить точность будущих экспериментов" - пишут исследователи, - "Оптимизация некоторых процессов позволила нам получить температуру в 20-50 мК приблизительно за 10 секунд времени. Для сравнения, предыдущие методы позволяли нам получить 100 мК за 10 часов".
Как уже упоминалось выше, более низкая температура охлаждения позволит ученым кардинально улучшить точность производимых измерений. Согласно предварительным расчетам, это даст им возможность получить значения базовых характеристик антиматерии с точностью нескольких триллионных долей. Вполне вероятно, что такая точность уже позволит найти разницу между характеристиками одинаковых частиц материи и антиматерии, что, в свою очередь, станет объяснением наблюдаемого во Вселенной дисбаланса между количеством вещества и антивещества.