Підпишіться на нас в Google
Багатьох людей цікавлять питання, чи існують відмінності між звичайною та екзотичною матерією. Зокрема професорка фізики Анна Сотер та її команда з Цюрихського федерального технологічного інституту (ETH Zurich) та Інституту імені Пауля Шеррера (PSI) у Віллігені досліджують це питання. Про це пише PHYS.ORG.
"Ми зробили важливий крок на шляху до проведення цікавого експерименту з цієї теми. Ми хочемо виміряти гравітаційну взаємодію мюона", - каже Сотер.
Відомо, що вся матерія, яка нас оточує, включаючи нас самих, складається з протонів, нейтронів та електронів. Фізики називають це першим поколінням частиною. Також існують два наступні покоління, до яких входять важчі частинки. До прикладу, мюон є важчим "братом" електрона і належить до другого покоління.
"У PSI дослідники штучно створюють мюони та їхні античастинки у великому прискорювачі частинок. Коли позитивно заряджений антимюон з’єднується з негативно зарядженим електроном, утворюється нейтральний атом мюонія", - розповідають у матеріалі.
Зокрема стандартна модель фізики частинок описує поколінну структуру матерії.
"Але ми, фізики, досі не розуміємо, чому взагалі існують ці додаткові покоління.І чому їх загалом три?" - зазначає Сотер.
Ще одне цікаве питання полягає у тому, чи поводяться частинки другого та третього поколінь, що мають більшу масу, під дією гравітації точно так само, як і легші частинки першого покоління.
"У звичайній матерії всі тіла падають з однаковою швидкістю в певній точці гравітаційного поля. Ця універсальність вільного падіння була визнана ще за часів Галілео Галілея та Ісаака Ньютона і, як принцип еквівалентності гравітаційної та інерційної мас, є наріжним каменем теорії гравітації Альберта Ейнштейна", - нагадали у публікації.
Проте цей загадковий принцип досі було показано лише на звичайній матерії або антиматерії першого покоління. Вимірюючи гравітаційну поведінку мюонія, вчені вперше вивчать, як падає частинка другого покоління.
"Екзотичний мюоній дуже добре підходить для цього, оскільки є нейтральним атомом. Адже щоб щось падало, потрібно, щоб це було нейтральним", - підкреслила Сотер.
У випадку зарядженої частинки слабкий ефект графітації маскувавчя б розсіяними електромагнітними полями.
"Однак існують і серйозні труднощі: мюони розпадаються дуже швидко - вже через 2,2 мікросекунди. А попередні джерела мюонію генерували атоми, які розліталися в різних напрямках з різною швидкістю і тому були непридатними для точних експериментів", - додає видання.
Водночас у PSI вчені досягли значного прориву.
"Нам вдалося отримати атоми муонію в "холодному" стані, що й робить можливим проведення експерименту з гравітацією. У цьому випадку "холодний" означає, що атоми рухаються з однаковою швидкістю, майже паралельно один до одного", - зауважила дослідниця.
Як виявилося, цього вдалося досягти завдяки новому методу генерації атомів мюонію, про що вчені повідомили в журналі Nature Physics.
"Для цього ми використовували надплинний гелій, охолоджений майже до абсолютного нуля – до -273 °C (-459 °F). Надплинний гелій – це так звана квантова рідина, в якій окремі атоми гелію втрачають свою ідентичність і яка не терпить жодних домішок у своєму складі", - пояснила головний автор дослідження Джессі Чжан.
Далі вчені планують розробити прилад, який буде використовуватися для вимірювання впливу гравітації на пучок мюонів - так званий інтерферометр. Він використовує хвильові властивості атомів для створення інтерференційної картини. Зокрема незначне зміщення цієї картини, яке спричинене гравітаційним тяжінням Землі, дає можливість визначити гравітаційний вплив на мюони.
"Ми сподіваємося, що цього року нам вдасться вперше випробувати цей метод на атомному пучку, і якщо все піде добре, власне гравітаційний експеримент має відбутися через два-три роки", - додає Сотер.
Дотепер у фізиці вважалося, що існує чотири фундаментальні взаємодії - гравітація, електромагнетизм, сильна взаємодія та слабка взаємодія. Хоча існування пʼятої сили пропонували не один раз, її ніколи не доводили.
Водночас такий доказ не є головною метою Сотер.
"Я абсолютно відкрита до різних ідей. Я просто хочу вперше виміряти, чи еквівалентність між гравітаційною та інерційною масою поширюється також на частинки другого покоління – вже сама по собі ця робота є досить надихаючою", - зауважила вона.
Інші дослідження вчених
Як писав УНІАН, раніше на краю Сонячної системи знайшли 27 малих об’єктів, які здивували астрономів. Це призводить до однієї з двох несподіваних можливостей - або далеко від Сонця відбувається набагато менше зіткнень, ніж вважали астрономи, або зіткнення все-таки відбуваються.
Також повідомлялось, що вчені знайшли перший слід дорослого тиранозавра. Слід довжиною приблизно 7 метрів складається з чотирьох трипальцевих відбитків, які було виявлено у формації Гелл-Крік на південному заході Північної Дакоти.
