ЦЕРН: Нова методика охолодження позитронів прискорила виробництво антиводню у вісім разів

У листопаді 2025 року колаборація ALPHA, що працює на Фабриці Антиматерії ЦЕРН, оголосила про значне технологічне досягнення, що суттєво підвищує темпи досліджень антиматерії. Вчені впровадили нову методику охолодження позитронів, що дозволила збільшити швидкість генерації атомів антиводню у вісім разів. Цей прогрес, зафіксований у публікації в Nature Communications, дає змогу науковцям створювати понад 15 000 атомів антиводню за лічені години, тоді як раніше на аналогічний обсяг роботи витрачалися тижні. Джеффрі Хангст, речник ALPHA, зазначив, що такі виробничі показники ще десять років тому вважалися б науковою фантастикою.

Ключовим елементом цього успіху стало впровадження техніки так званого «симпатичного охолодження» позитронів. Попередні методи охолодження позитронів, зібраних із радіоактивного натрію та утримуваних у пастці Пеннінга, покладалися лише на власне випромінювання або випаровування найгарячіших частинок, що доводило їхню температуру приблизно до 40 Кельвінів. Нова методика передбачає додавання до пастки хмари іонізованого берилію, охолодженого лазером. Це змушує позитрони втрачати енергію через зіткнення, знижуючи температуру позитронної хмари до значень, близьких до −266 °C. Нільс Мадсен, заступник речника та керівник проєкту з охолодження позитронів, охарактеризував цю зміну як парадигмальний зсув у передовій науці.

Цей безпрецедентний приплив антиматерії безпосередньо живить передові дослідницькі цілі, зокрема, тестування фундаментальної фізики. Колаборація ALPHA вже мала досвід прямого вимірювання гравітаційного вільного падіння антиводню у 2023 році, коли було підтверджено, що антиматерія поводиться під дією гравітації ідентично звичайній матерії. Збільшення кількості доступних атомів антиводню, яких за експериментальні цикли 2023–2024 років було вироблено понад два мільйони, дозволить значно підвищити точність майбутніх вимірювань у рамках експерименту ALPHA-g. Основне питання, на яке прагнуть відповісти вчені, полягає в тому, чи поводиться антиматерія під дією гравітації ідентично звичайній матерії, що є критично важливим для перевірки фундаментальних симетрій, як-от CPT-симетрія, через порівняння спектрів водню та антиводню.

Цей технологічний стрибок переводить вивчення антиматерії з розряду рідкісних подій у більш систематичний процес. Здатність готувати придатну для використання пробу за одну ніч, як це стало можливим завдяки охолодженню до температур близько −266 °C, радикально підвищує пропускну здатність досліджень. Попередні успіхи ALPHA включали перше захоплення атомів антиводню у 2010 році та перші вимірювання квантових ефектів, як-от зсув Лемба, у 2020 році. Фабрика Антиматерії ЦЕРН, де розташована установка ALPHA, є центром для низки експериментів, зокрема AEgIS, що також працює над тестуванням гравітації на антиматерії.