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 (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 в точности соответствовали таковым у атома водорода. Точность измерения составляла две части на 10−12, что на два порядка превышает прошлый результат.