Факультет фізики, математики та інформатики

Екзотичні атоми підкажуть відповідь на питання, як утворився Всесвіт

У ході інноваційного дослідження міжнародна команда фізиків знайшла перший прямий доказ того, що ядра атомів мають форму груші. Результати даного дослідження можуть прискорити  пошуки нової фундаментальної сили в природі, яка дозволила б пояснити: чому під час великого вибуху, матерії було створено більше, ніж антиматерії - основний дисбаланс в історії всього існування. «Якби в ході Великого вибуху було створено однакову кількість матерії і антиматерії, то не було б ні галактик, ні зірок, ні планет, ні людей», - розповів Тім Чупп професор фізики і біомедичної інженерії з Мічиганського університету, США, а також співавтор статті про дослідження, опублікованій 9 травня в журналі «Nature». 

Частинки антиматерії мають таку ж масу, але протилежний заряд, порівняно з частками матерії. Антиматерія дуже рідко зустрічається у нашому Всесвіті, з'являючись і зникаючи в космічних променях, сонячних спалахах і прискорювачах частинок, таких як Великий адронний коллайдер.  Коли частинки матерії і антиматерії зустрічаються один з одним, вони взаємно руйнуються або анігілюють. Те, що викликало дисбаланс у матерії і антиматерії є однією з найбільших загадок у фізиці. Його не можна передбачити з допомогою стандартної моделі - всеосяжна теорія, що описує закони природи і сутність матерії. У стандартній моделі описуються чотири фундаментальні взаємодії, які керують поведінкою матерії. Фізики займаються пошуками ознак нової сили, або взаємодії, яка могло б пояснити цей дисбаланс. Докази існування такої сили можуть бути виявлені за допомогою вивчення того, як осі ядер таких радіоактивних елементів, як радон і радій шикуються в лінію за допомогою спіна. Дослідники переконані, що ядра цих атомів мають форму швидше схожу на грушу, ніж традиційну сферичну або еліптичну. Форма груші робить ефекти нової взаємодії набагато сильнішими і легшими для виявлення.

«Така форма є специфічною. Тобто нейтрони і протони, з яких складаються ядра, розташовані в інших місця, уздовж внутрішньої осі», - сказав Чупп. Ядра є однобокими тому, що позитивно заряджені протони виштовхуються з центру силами ядер, які фундаментально відрізняються від таких сферично симетричних сил, як гравітація. «Нова взаємодія, особливості якої ми вивчаємо, робить дві речі. По-перше, вона породжує дисбаланс в матерії і антиматерії, а також вирівнює напрям спіна і заряду осі в таких ядрах», - розповів Чупп . Для визначення форм ядер вчені створили пучки незвичайних (нетривких) атомів радію та радону на сепараторі ізотопів ISOLDE в Європейській організації з ядерних досліджень (ЦЕРН). Вчені прискорили пучки атомів і зіштовхнули їх з атомами нікелю, кадмію та олова, однак внаслідок виникнення відштовхувальної сили між позитивно зарядженими ядрами, реакція була неможлива. Це зіткнення, в свою чергу, призвело до підвищення заряду енергії атомів, що породило гамма- промені, які випромінюються певним способом, який і показує, що ці ядра мають грушоподібну форму.  Дослідження очолював професор фізики Пітер Батлер  з Ліверпульського університету. «Наші результати суперечать деяким теоріям атомів, однак інші теорії можуть бути удосконалені, завдяки отриманим даним», - сказав він. Отримані дані також допоможуть направити вчених у пошуках електричних дипольних моментів атомів, які ведуться в Північній Америці і Європі, де створюються нові способи використання особливих властивостей ізотопів радону і радію. «Ми очікуємо, що дані, отримані в ході наших ядерних випробувань, можуть бути суміщені з результатами експериментів по захопленню атомів, де вчені заміряли електричні дипольні моменти. Це дозволить провести достовірні випробування стандартної моделі - кращої теорії для розуміння природи будівельних цеглинок Всесвіту, яка у нас є», - сказав Батлер.

Джерело: Агентство по инновациям и развитию
Автор: Ткачук Альона