Вченим вдалося вперше отримати стабільні атоми екзотичного "піонного" гелія

May 20 7:00 2020 Друк цієї статті

У такому вигляді півонія може існувати в тисячу разів довше, ніж він існує в складі інших видів матерії, і це дає вченим можливість більш ретельно вивчити цю частинку, яка відіграє важливу роль у справі забезпечення стабільності і розпаду ядер атомів, використовуючи метод високоточною лазерної спектроскопії.

Зазначимо, що півонії відносяться до сімейства частинок, званих мезонами. Саме мезони несуть відповідальність за виникнення сильних взаємодій між "стандартними блоками" атомних ядер, нейтронами і протонами. Протони, що володіють однаковим електричним зарядом, відштовхуються один від одного в звичайних умовах, і лише сили сильних ядерних взаємодій здатні зв'язати і утримати їх у межах ядра атома. Мезони, що складаються з двох кварків, суттєво відрізняються за структурою від протонів і нейтронів, які складаються з трьох кварків.

Можливість існування екзотичних атомів "піонного" гелію була теоретично передбачена ще в 1964 році, але до останнього часу ще нікому з учених не вдавалося отримати такі атоми експериментальним шляхом. І тепер, завдяки роботі німецьких дослідників, у вчених всього світу з'явилася абсолютно нова область для подальших досліджень.

Протягом восьми років німецькі вчені намагалися знайти докази існування атомів "піонного" гелію. Для цього вони використовували бак, заповнений охолодженим гелієм, що знаходяться в рідкому надплинному стані. Основна складність, яка спричинила за собою більшу тривалість експериментів, полягала в пошуку довжини хвилі лазерного світла, при якому "отримав стусана" піон вибиває електрон з порушеної атома гелію і займає його місце. Природно, що такі атоми існують якийсь час і розпадаються, і саме ці "уламки" атомів стали доказом існування екзотичних атомів "піонного" гелію.

Вчені-теоретики, незважаючи на масу досліджень у даному напрямку, так і не змогли прорахувати довжину хвилі світла, при дії якого атоми гелію перейдуть в одне із стабільних збуджених станів, а півонія зробить "квантовий стрибок" певного типу, замінивши собою електрон. Тому вчені використовували одну за одною три складні лазерні системи, поки не знайшли потрібну довжину хвилі шляхом простого перебору.

В даному експерименті використовувався найпотужніший у світі джерело півоній, що знаходиться в розпорядженні дослідницької організації PSI, а досить велика частина використаного обладнання була розроблена і виготовлена технічними групами Європейської організації ядерних досліджень CERN. Організаційна підтримка даного проекту виявлялася з боку PSI і Суспільства Макса Планка, а фінансування у вигляді гранту, було надано Європейським дослідницьким радою.