Русский ученый «слепил» экзотический атом, предсказанный 29 лет назад
Российский физик Евгений Соловьев из Объединенного института ядерных исследований и ученый из Белградского университета Таско Грозданов сформировали экзотический атом гелия, сталкивая нормальный атом гелия и частицы антиматерии в Большом адронном коллайдере в ЦЕРН. Их исследование опубликовано в журнале The European Physical Journal.
Ядро обычного атома гелия состоит из двух протонов и двух нейтронов. Вокруг ядра вращается два электрона. Если заменить один из них на античастицу, получится экзотический атом гелия. Изучая свойства подобных атомов, можно многое понять о природе материи.
Атомный электрон в эксперименте заменили антипротоном. Антипротон — это частица, по всем характеристикам, кроме заряда, идентичная протону. Заряд антипротона такой же, как у электрона: отрицательный и по величине равный положительному заряду протона. Поэтому если заменить электрон антипротоном, атом в целом останется нейтральным.
Просто так в обычный атом нельзя внедрить античастицу, почти в 2000 раз превышающую по массе электрон. Если протон и антипротон сблизятся на достаточно близкое расстояние, то аннигилируют — исчезнут, превратившись в элементарные частицы — переносчики взаимодействия. До сих пор была реализована лишь одна конфигурация экзотического атома гелия. Античастицу запускали по специальным антипротонным орбитам, не дающим ей сблизиться с ядром, содержащим протоны.
Соловьев и Грозданов реализовали конфигурацию, названную «frozen-planet state». Оставшийся в атоме электрон переводили в возбужденное состояние. Быстро вращаясь вокруг ядра, электрон генерировал потенциальную яму, в которой можно удерживать антипротон. Время нахождения антипротона в атомной ловушке зависит от его энергии и расстояния от ядра. В планах ученых — изучение похожих на «frozen-planet» конфигураций расположения частиц антиматерии в атомах привычного нам вещества.