Существование Вселенной оказалось парадоксом

Международная группа физиков с рекордной точностью измерила энергию перехода позитрона в атоме антиводорода из основного в возбужденное состояние. Оказалось, что она соответствует таковой у водорода, что исключает нарушение фундаментальной симметрии во Вселенной (CPT-симметрии). Обнаружение отклонений в последней могло бы объяснить преобладание вещества над антивеществом. Статья ученых опубликована в журнале Nature.

CPT-симметрия подразумевает, что физические процессы в веществе протекают так же, как и в том случае, если все частицы заменить на античастицы, отразить их в зеркале и запустить время в обратном направлении. Согласно этой концепции, энергия перехода позитрона при поглощении двух фотонов с одного уровня на другой (1S–2S) должна быть равна энергии 1S–2S-перехода электрона в атоме водорода. В 2016 году удалось доказать равенство с точностью, большей, чем две части на 10-10.

В новом эксперименте ученые коллаборации ALPHA (ЦЕРН) изучили сверхтонкую структуру атома антиводорода, которая образуется благодаря расщеплению энергетических уровней на несколько подуровней. Это происходит из-за особенностей взаимодействия магнитного момента позитрона с магнитным моментом антипротона. Поскольку антивещество при контакте с обычным веществом аннигилирует, для исследования была использована магнитная ловушка, в которую удалось поймать 20 атомов антиводорода.

Атомы облучали электромагнитной радиацией (лазером или микроволнами), в результате чего в них происходил переход 1S–2S, а сами они вырывались из ловушки и сталкивались со стенками аппарата и аннигилировали, рождая пионы. Последние регистрировались детектором.

Оказалось, что форма спектральной линии и резонансная частота соответствовали таковым у атома водорода. Точность измерения составляла две части на 10−12, что на два порядка превышает прошлый результат.

Как пишет издание Science Alert, небольшое нарушение CPT-симметрии могло бы объяснить, почему существует вещество во Вселенной. Считается, что в момент зарождения последней в ней присутствовало одинаковое количество вещества и антивещества, которые должны были аннигилировать. Однако отклонение меньшее, чем две триллионных, менее вероятно могло внести вклад в преобладание обычной материи. Такой результат сильно ограничивает применимость различных теорий, объясняющих этот парадокс.