Много хора се интересуват от въпроса дали има разлики между обикновената и екзотичната материя. Професор по физика Анна Сотер и нейният екип от Федералния технологичен институт в Цюрих (ETH Zurich) и Института „Паул Шерер“ (PSI) във Вилиген изследват този въпрос, според PHYS.ORG.
„Направихме важна стъпка към провеждането на интересен експеримент по тази тема. Искаме да измерим гравитационното взаимодействие на мюона“, казва Сотер.
Известно е, че цялата материя около нас, включително и ние самите, се състои от протони, неутрони и електрони. Физиците наричат това първо поколение частици. Има и две следващи поколения, които включват по-тежки частици. Например, мюонът е по-тежкият „брат“ на електрона и принадлежи към второто поколение.
„В PSI изследователите изкуствено създават мюони и техните античастици в голям ускорител на частици. Когато положително зареден антимюон се комбинира с отрицателно зареден електрон, се образува неутрален мюониев атом“, се посочва в статията.
По-специално, стандартният модел на физиката на елементарните частици описва генерационната структура на материята.
„Но ние, физиците, все още не разбираме защо изобщо съществуват тези допълнителни поколения и защо общо са три?“, отбелязва Сотер.
Друг интересен въпрос е дали частиците от второ и трето поколение, които имат по-голяма маса, се държат под действието на гравитацията по същия начин като по-леките частици от първо поколение.
„В обикновената материя всички тела падат с еднаква скорост в дадена точка в гравитационно поле. Тази универсалност на свободното падане е била разпозната още по времето на Галилео Галилей и Исак Нютон и, подобно на принципа на еквивалентност на гравитационните и инерционните маси, е крайъгълният камък на теорията за гравитацията на Алберт Айнщайн“, припомня публикацията.
Този мистериозен принцип обаче досега е демонстриран само с обикновена материя или антиматерия от първо поколение. Чрез измерване на гравитационното поведение на муония, учените ще изучат за първи път как пада частица от второ поколение.
„Екзотичният муоний е много подходящ за това, защото е неутрален атом. В края на краищата, за да падне нещо, то трябва да е неутрално“, подчерта Сотер.
В случай на заредена частица, слабият гравитационен ефект би бил маскиран от разсеяни електромагнитни полета.
„Има обаче и сериозни трудности: мюоните се разпадат много бързо – само след 2,2 микросекунди. Предишни източници на муоний са генерирали атоми, които са летели в различни посоки с различна скорост, което ги е правило неподходящи за прецизни експерименти“, добавя публикацията.
Междувременно учените от PSI са постигнали значителен пробив.
„Успяхме да произведем муониеви атоми в „студено“ състояние, което прави възможни гравитационните експерименти. В този случай „студено“ означава, че атомите се движат с еднаква скорост, почти успоредно един на друг“, отбеляза изследователят.
Както се оказа, това е постигнато благодарение на нов метод за генериране на мюониеви атоми, както съобщават учените в списанието Nature Physics.
„За целта използвахме свръхтечен хелий, охладен до почти абсолютна нула — -273°C (-459°F). Свръхтечният хелий е така наречената квантова течност, в която отделните хелиеви атоми губят своята идентичност и не позволяват на никакви примеси да навлязат в състава ѝ“, обясни водещият автор Джеси Джанг.
След това учените планират да разработят устройство за измерване на ефекта на гравитацията върху мюонен лъч — така нареченият интерферометър. То използва вълновите свойства на атомите, за да създаде интерферентен модел. По-конкретно, лекото изместване в този модел, причинено от гравитационното привличане на Земята, ни позволява да определим гравитационния ефект върху мюоните.
„Надяваме се да можем да тестваме този метод за първи път върху атомен лъч тази година и ако всичко върви добре, действителният гравитационен експеримент би трябвало да се проведе след две до три години“, добавя Сотер.
Досега физиката е вярвала, че съществуват четири фундаментални сили: гравитация, електромагнетизъм, силно взаимодействие и слабо взаимодействие. Въпреки че съществуването на пето взаимодействие е било предлагано многократно, то никога не е било доказано.
В същото време подобно доказателство не е основната цел на Сотер.
„Аз съм напълно отворена за различни идеи. Просто искам да бъда първата, която ще измери дали еквивалентността между гравитационната и инерционната маса се разпростира и върху частиците от второ поколение – тази работа сама по себе си е доста вдъхновяваща“, отбеляза тя.
Превод и редакция: БЛИЦ
