Некоторые античастицы ученые наблюдают относительно часто - например, позитроны (положительно заряженные электроны), присутствующие в космическом излучении. Однако долгое время физикам не удавалось "собрать" из субатомных античастиц атомы антиматерии. Впервые это было сделано в 2002 году сотрудникам CERN (Европейский центр ядерных исследований), которые из антипротона и позитрона получили атомы антиводорода. Изучая эти антиатомы, физики рассчитывают прояснить вопрос о недостатке антивещества во Вселенной, но до сих пор ученым не удавалось удерживать антиводород от аннигиляции с "обычной" материей достаточное для изучения время.

Многие элементарные частицы можно удерживать при помощи специальных ловушек, генерирующих электрическое и/или магнитное поля. Атомы антиводорода незаряжены, поэтому их нельзя удерживать в электрическом поле. Авторы новой работы, участвующие в эксперименте ALPHA по изучению антиматерии, использовали комбинацию из двух ловушек - так называемых ловушек Пеннинга и ловушек Иоффе-Питчарда. В итоге антиводород удалось удерживать в течение десятых долей секунды.

Чтобы получить атомы антиводорода, ученые охлаждали облако, содержащее около 30 тысяч антипротонов, до температуры 200 кельвинов (минус 73,15 градуса Цельсия), и облако из 2 миллионов позитронов до температуры 40 кельвинов (минус 233,15 градуса Цельсия). Физики охлаждали антивещество в ловушке Пеннинга, встроенной внутрь ловушки Иоффе-Питчарда. В общей сложности было поймано 38 атомов.

Используя новую технологию, ученые смогут, в частности, получить спектр атомов антиводорода. Согласно принципу CPT-симметрии, постулируемому в рамках общей теории относительности, спектры атомов вещества и антивещества должны быть идентичными. Если этот факт будет опровергнут, то ученым придется пересмотреть свои представления об устройстве мира.

Большинство физиков считает, что антиматерия и обычная материя должны притягиваться (то есть тело из антиматерии, должно падать вниз, на Землю, а не вверх, в небо), однако, экспериментальных подтверждений этому факту до сих пор нет. Во многом это связано с тем, что полученная на ускорителе антиматерия "слишком горячая", а остыть в ловушках она не успевает.

Известно, что антиматерия при контакте с обычной материей аннигилируется, то есть переходит в излучение, что значительно усложняет изучение ее свойств. В рамках проекта ALPHA ученые изучают возможность хранения атомов антиводорода в специальной магнитной ловушке при температуре ниже 0,5 кельвина (несмотря на то, что у атома антиводорода нет заряда, поле способно воздействовать на магнитный момент частицы). Предыдущий рекорд времени хранения антиматерии составлял 172 миллисекунды.

Для получения антиматерии использовали антипротоны (несколько десятков миллионов), полученные в накопительном кольце AD, и позитроны (их естественным источником может служить изотоп натрия 22Na). При взаимодействии этих частиц образуются атомы антиводорода. После нескольких этапов очистки и охлаждения в магнитную ловушку попадает несколько тысяч атомов антиводорода.

Теперь же в рамках нового эксперимента Extra Low Energy Antiproton Ring (ELENA), фактически стартовавшего в ЦЕРНе 28 сентября, ученые из Швейцарии, Канады, Дании, Франции, Германии, Японии и Швеции, Объединенного Королевства и США, намерены изучать именно антивещество, создаваемое в земных условиях. Ожидается, что первые образцы антивещества специалисты получать в 2013 году, а до 2016 года уже завершат исследования, связанные с природой антиматерии, научившись производить протоны и антипротоны вещества.

"ELENA - это новая площадка, предназначенная для создания антипротонов и самых низких энергиях, позволяющих детально исследовать эти загадочные частицы", - говорит Стефан Маури, глава проекта ELENA.

В проекте ELENA ученые создадут специальное замедляющее кольцо, которое будет замедлять движение частиц, тогда как Большой Адронный Коллайдер наоборот разгоняет их. Сейчас в ЦЕРН уже есть замедлитель антипротонов, но новая установка будет примерно в 10-100 раз эффективнее.

Первые антипротоны были получены в 1955 году, за что была вручена Нобелевская премия. Сейчас исследователи говорят, что хотели бы не просто научиться получать антипротоны, но и понять их фундаментальную природу, а также понять особенности взаимодействия с обычным веществом.