Вопрос, почему во Вселенной вообще существует материя, до сих пор окончательно не выяснен. Собственно говоря, во время Большого взрыва должны были образоваться равные количества материи и антиматерии, которые, по логике вещей, должны бы были друг друга взаимно уничтожить. Но наше существование является явным доказательством того, что это равновесие было нарушено. И ученые решили найти причину этого – с помощью холодных атомов ртути.
Почему во Вселенной вообще имеется материя? До сегодняшнего дня на это однозначного ответа не существует. Наше понимание Большого взрыва исходит из того, что в его результате образовалось равное количество антиматерии и материи. Но материя и антиматерия имеют свойство взаимно уничтожать друг друга. И во вселенной, где существует идеальное равновесие между частицами и античастицами, материя и антиматерия уже давно бы аннигилировали друг друга. Но мы существуем! И это является главным доказательством того, что равновесие – физики называют это фундаментальными симметриями – нарушено.
Симон Штельмер из Атомного института при Техническом университете Вены попытался в ходе замысловатого прецизионного эксперимента нащупать следы такого нарушения симметрии. Для этого он использовал атомы ртути, применив к ним целый ряд технологий из области квантовой физики. Поддержал его в этом ERC Starting Grant, один из наиболее уважаемых и престижных исследовательских фондов Европы.
Чрезвычайно эффективным механизмом, способным привести к возникновению дисбаланса количества частиц и античастиц, представляется нарушение так называемой СР-симметрии. При этом СР-симметрия означает, что законы природы не изменяются, когда пространство отражается, и при этом меняются положительные и отрицательные заряды. Но в нашей вселенной такая симметрия действует недостаточно четко. Ее очень легко нарушить. «Но при этом масштабы нарушения СР-симметрии, которые следуют из стандартной модели физики частиц, не позволяют объяснить дисбаланса между материей и антиматерией», - говорит Штельмер. - «Этот дисбаланс как минимум на шесть-восемь порядков меньший, чем этого можно было бы ожидать».
А это значит, что теория стандартной модели нуждается в дополнениях и переосмыслении. Но для этого необходимо сначала выяснить, каковы же все-таки фактические параметры нарушения СР-симметрии во вселенной. И это лучше всего получается на примере исследования крохотных элементарных частиц. «Оказалось, что нарушение СР-симметрии ведет к асимметрии распределения зарядов в малых частицах», - объясняет Штельмер. Электрический заряд элементарных частиц в результате этого распределяется не полностью симметрично, а слегка смещается в определенном направлении; в этом случае принято говорить об электрическом дипольном моменте. «Это означает, что элементарные частицы, в частности, электроны, на самом деле не являются идеально круглыми».
Попытки измерить этот феномен ведутся постоянно – на электронах, нейтронах и даже на атомах, но пока никто не добился положительного результата в измерении нарушения симметрии; частицы и при очень внимательном рассмотрении выглядят идеально круглыми. «Просто не хватает измерительной точности», - твердо уверен Штельмер. - «Но если мы сможем производить измерения хоть с ненамного большей точностью, то вскоре нам удастся как минимум отставить в сторону все те теории, которые предполагают слишком большие значения нарушения СР-симметрии, например, теории суперсимметрии».
Производить измерения Штельмер собирается с помощью атомов ртути: «Нам нужны атомы тяжелые, но не радиоактивные, которые можно охлаждать лазером. Для этих целей ртуть – это лучшее решение». Опыты по измерению электрических дипольных моментов уже проводились, но Штельмер собирается свои эксперименты основательно усовершенствовать. «Мы поместим атомы ртути в квантовую лабораторию и охладим их почти до абсолютного нуля. Таким образом мы обеспечим наилучший контроль, что позволит нам добиться больше точности, чем это достигалось при предыдущих методах».
Многочисленные же технические детали и трюки, необходимые для этого, Штельмеру известны, как никому другому. Еще работая над своей диссертацией в университете Инсбрука, ему удалось впервые получить конденсат Бозе-Эйнштейна из сверххолодного стронция.
Подписывайтесь на наш канал и ставьте лайки.
Советуем также почитать..
Начальная стадия уникальной супергалактики
Российско-европейский зонд TGO передал на Землю свой первый снимок поверхности Марса
