Его измерения не соответствуют точным прогнозам, что сбивает с толку физиков. Позитроний вызывает определенное недоумение. У этого экзотического «атома» нет ядра. По сути, это должно быть просто для понимания. Тем не менее, новое измерение этого не соответствует предсказаниям ученых. Физики сейчас не могут объяснить, почему это именно так.

Исследователи считают, что ошибка в более ранних расчетах маловероятна. То же самое и с ошибкой в ​​том, как было произведено новое измерение. И неизвестные явления, такие как неоткрытые частицы, также маловероятны, добавляет Хесус Перес Риос. Он физик-теоретик, не принимавший участия в новом исследовании. Он работает в Институте Фрица Габера. Это часть Общества Макса Планка в Берлине, Германия. Так в чем же объяснение? «Прямо сейчас», — говорит он, — «лучшее, что я могу вам сказать, это то, что мы не знаем».

Позитроний состоит из вещества и антивещества. Электроны и другие знакомые элементарные частицы материи имеют менее распространенные аналоги. Эти двойные частицы известны как антивещество. Электрический заряд частицы антивещества противоположен ее материальному родственнику. Позитроний состоит из электрона и его античастицы, позитрона. Электроны заряжены отрицательно. Эти позитроны заряжены положительно.

Электрон позитрония вращается по орбите с позитроном. Их привлекают противоположные обвинения. Так электроны притягиваются к положительно заряженным ядрам большинства атомов. Вот только у позитрония нет ядра.

Более чем 60 лет назад ученым удалось создать позитроний. Но атомы без ядер живут недолго. Их партнерство нестабильно. Они наслаждаются коротким танцем смерти, который длится, возможно, сотни наносекунд. Причина: материя и антивещество уничтожают друг друга при встрече. И в конце концов, именно это происходит с позитронием.

Так просто, но так сложно

Структура этого атома привлекательно проста. Это должно упростить точную проверку квантовой электродинамики. Это длинное название теории, объясняющей, как взаимодействуют электрически заряженные частицы.

Английские физики из Университетского колледжа Лондона измерили так называемую тонкую структуру этих атомов. Позитроний может находиться в одном из нескольких состояний. Эти состояния известны как уровни энергии. Тонкая структура — это разделение двух определенных уровней энергии в атоме.

Чтобы сформировать позитроний, ученые сначала послали пучок позитронов, сталкивающихся с целью. Там этот луч встретился с электронами. Исследователи изменили некоторые из полученных атомов позитрония с помощью лазера: он поместил их на определенный уровень энергии. Затем команда обработала атомы микроволновым излучением. Это заставило некоторых из них перейти на новый энергетический уровень. Исследователи определили частоту микроволнового излучения, необходимую для того, чтобы атомы совершили такой скачок. Это сказало им размер разрыва между уровнями энергии.

Их расчеты предсказывали, что частота микроволн составит 18 498 мегагерц. Фактически, им нужна была частота на 0,02 процента выше. Это может показаться не таким уж большим. Но расчетная ошибка для таких тестов составила всего около 0,003 процента. Так что разница была намного больше, чем ожидалось.

Что это значит?

Команда искала все, что могло бы объяснить разницу. И они ничего не придумали. «Необходимы дополнительные тесты, чтобы попытаться понять несоответствие», — говорит Акира Исида. Он физик элементарных частиц, который не участвовал в исследовании. Исида работает в Токийском университете в Японии. По его словам, если новые измерения не уменьшат разницу, «ситуация станет намного более захватывающей».

Первоначальный прогноз расстояния между уровнями энергии также оказался хорошим. В этой области эти прогнозы включают в себя вычисления с определенным уровнем точности. Это требует исключения некоторых вещей, которые менее важны и труднее вычислить. Ожидается, что оставленные вещи будут слишком маленькими, чтобы вызвать какую-либо разницу. Тем не менее, «вполне возможно, что вы можете быть удивлены», — говорит Грег Адкинс. Он физик-теоретик в колледже Франклина и Маршалла в Ланкастере, штат Пенсильвания. Если и новые тесты, и предсказания кажутся точными, то несоответствие может указывать на какую-то новую субатомную частицу.

Однако это кажется маловероятным. Эффекты новой частицы, проявились бы в более ранних тестах. Например, говорит Перес Риос, на энергетические уровни позитрония может влиять гипотетическая аксионоподобная частица. Это легкая частица, которая может объяснить темную материю. (Темная материя — это невидимый тип материи, которая, как считается, пронизывает Вселенную.) Но если такая частица стояла за несоответствием, исследователи также должны были увидеть ее эффекты при измерении магнитных свойств электрона.

По словам Дэвида Кэссиди, ученые все еще ищут ответ. Соавтор исследования, он также работает в Университетском колледже Лондона. «Это будет что-то удивительное», — заключает он. «Я просто не знаю, что».