Атомные часы-фонтан призваны разгадать тайны антиматерии

Исследователи из Университета Суонси Джус Скунвотер и Эдвард Торп-Вудс разработали новый цезиевый фонтан. Фото: Стефан Эрикссон.

Устройство, производящее фонтан атомов цезия, могло бы улучшить понимание Вселенной, измеряя частоту света, поглощаемого антивеществом.

Построенный в Великобритании при поддержке Исследовательского совета по инженерным и физическим наукам (EPSRC), он теперь установлен на культовом объекте ЦЕРН для поддержки новаторского эксперимента с антивеществом в аппарате антиводородной лазерной физики (АЛЬФА).

Университет Суонси возглавил участие Великобритании в проекте ALPHA, финансируемом EPSRC. Датский Орхусский университет предоставил дополнительную поддержку при финансовой поддержке Фонда Carlsberg.

Цезиевый фонтан поможет АЛЬФА определить частоту света, поглощаемого антиводородом (аналогом антивещества водорода) с той же точностью, которая уже достигнута для водорода. Это жизненно важно для понимания степени симметрии между материей и антиматерией — большого вопроса, лежащего в основе того, как работает Вселенная.

Цезиевый фонтан был спроектирован и построен в Национальной физической лаборатории (NPL), национальном метрологическом институте Великобритании в Теддингтоне, Миддлсекс.

Цезиевый фонтан заключен в корпус высотой около двух метров. Охлажденные лазером атомы цезия, содержащиеся в вакуумной камере, запускаются в трубку с магнитным управлением, а затем снова падают вниз.

Микроволновое излучение измеряет частоту, с которой колеблются эти атомы, с точностью до пятнадцатого десятичного знака.

Это обеспечит сверхточный эталон, с помощью которого АЛЬФА сможет измерять взаимодействие атомов антиводорода с лазерным светом, что позволит определить частоту света, поглощаемого антиводородом.

Цель состоит в том, чтобы достичь уровня точности, который в тысячу раз превышает нынешние знания. Ожидается, что это будет достигнуто в течение следующих нескольких лет.

Этот цезиевый фонтан, один из немногих в мире, уникален своей надежностью и прочностью, что имеет решающее значение для того, чтобы выдержать требования, которые АЛЬФА к нему будет предъявлять.

Интеграция прибора с экспериментом на месте позволяет АЛЬФА избежать необходимости доступа к такого рода возможностям через спутниковую связь, что сводит к минимуму неточности в проводимых измерениях.

Результаты покажут, обладают ли водород и антиводород, в соответствии с традиционной теорией, совершенно одинаковыми (хотя и зеркальным отображением) свойствами.

Это может пролить свет на то, почему сегодня во Вселенной так мало антиматерии, хотя обычно считается, что равные количества материи и антиматерии были созданы в результате Большого взрыва 13,8 миллиардов лет назад.

Великобритания является ключевым партнером в проекте АЛЬФА, и возможности, предоставляемые цезиевым фонтаном, укрепляют статус Великобритании как мирового лидера в области исследований низкоэнергетической антиматерии.

Джейн НиколсонИсполнительный директор исследовательской базы EPSRC сказал:

«Это захватывающее устройство еще больше укрепит роль Великобритании как ведущей страны в сообществе исследователей, изучающих свойства антиматерии.

«Обеспечивая превосходную точность измерения частоты света, поглощаемого антиматерией, атомные часы-фонтан демонстрируют важность инвестиций в объекты мирового класса и роль, которую они играют в поддержке прорывных открытий, и являются прекрасным примером сотрудничества академических и исследовательских учреждений государственного сектора. »

Профессор Стефан Эрикссониз Университета Суонси, который возглавляет проект АЛЬФА по созданию цезиевого фонтана, говорит:

«Новый цезиевый фонтан необходим для наших постоянных усилий по определению того, ведут ли себя водород и антиводород одинаково.

«Надеюсь, то, что мы обнаружим, улучшит понимание основных строительных блоков нашей Вселенной. Фонтан также поможет АЛЬФА принести пользу Великобритании, обучая исследователей, которые смогут применить свои навыки – например, в приборостроении – в таких национально важных областях, как квантовые технологии, которые, как ожидается, окажут большое влияние на общество».