imported>InternetArchiveBot: Добавление ссылок на электронные версии книг (20260109sim)) #IABot (v2.0.9.5) (GreenC bot

2026-01-17T19:27:05Z

Добавление ссылок на электронные версии книг (20260109sim)) #IABot (v2.0.9.5) (GreenC bot

Новая страница

'''Антиводоро́д''' — аналог [[водород]]а, состоящий из [[Антивещество|антивещества]]. В то время как обычный [[атом водорода]] состоит из [[электрон]]а и [[протон]]а, атом антиводорода состоит из [[позитрон]]а и [[антипротон]]а. Учёные надеются, что изучение антиводорода поможет пролить свет на вопрос, почему в наблюдаемой Вселенной [[Материя (физика)|больше материи]], чем [[Антивещество|антиматерии]], известный как проблема [[Барионная асимметрия Вселенной|барионной асимметрии]]<ref>[https://www.bbc.co.uk/news/science-environment-13666892 BBC News — Antimatter atoms are corralled even longer] {{Wayback|url=https://www.bbc.co.uk/news/science-environment-13666892 |date=20170904064859 }}. Bbc.co.uk. Retrieved on 2011-06-08.</ref>. Антиводород вырабатывается искусственно в [[Ускоритель заряженных частиц|ускорителях заряженных частиц]].

== Экспериментальная история ==
Высокоэнергетичные атомы антиводорода впервые были обнаружены на ускорителях в 1990-х годах. Коллаборация [[:en:ATHENA|ATHENA]] изучала холодный антиводород в 2002 году. Впервые захват атомов антиводорода в ловушку продемонстрировала группа Antihydrogen Laser Physics Apparatus ([[Antiproton Decelerator|ALPHA]]) в [[ЦЕРН]]е<ref name="natrev">{{Cite journal|doi= 10.1038/468355a|pmid=21085144|author=Reich, Eugenie Samuel|title=Antimatter held for questioning|url= https://archive.org/details/sim_nature-uk_2010-11-18_468_7322/page/354|journal=Nature|volume=468|issue=7322 |pages=355|year=2010 |bibcode= 2010Natur.468..355R}}</ref><ref>[http://www.eiroforum.org/activities/scientific_highlights/201112_CERN/index.html eiroforum.org — CERN: Antimatter in the trap] {{webarchive |url=https://web.archive.org/web/20140203230601/http://www.eiroforum.org/activities/scientific_highlights/201112_CERN/index.html |date=2014-02-03 }}, December 2011, accessed 2012-06-08</ref> в 2010 году, которая затем измерила структуру и другие важные свойства<ref>{{Cite web|url=http://physicsworld.com/cws/article/news/2012/mar/07/internal-structure-of-antihydrogen-probed-for-the-first-time|title=Internal Structure of Antihydrogen probed for the first time|website=Physics World|date=2012-03-07|access-date=2021-07-03|archive-date=2017-07-30|archive-url=https://web.archive.org/web/20170730025529/http://physicsworld.com/cws/article/news/2012/mar/07/internal-structure-of-antihydrogen-probed-for-the-first-time|url-status=live}}</ref>. ALPHA, AEGIS и GBAR планируют и дальше охлаждать и изучать атомы антиводорода.

=== Измерение переходов 1S-2S ===
В 2016 году в эксперименте [[Antiproton Decelerator|ALPHA]] был [[Атомный электронный переход|измерен электронный переход]] между двумя низшими [[Энергетический уровень|энергетическими уровнями]] антиводорода, 1S-2S. Результаты оказались идентичны измерениям для водорода в пределах разрешающей способности эксперимента, подтверждая идею симметрии материи — антиматерии и [[CPT-инвариантность|CPT]]-симметрии<ref>{{Cite journal|url=http://www.nature.com/news/ephemeral-antimatter-atoms-pinned-down-in-milestone-laser-test-1.21193|title=Ephemeral antimatter atoms pinned down in milestone laser test|journal=Nature|date=2016-12-19|access-date=2016-12-20|author=Castelvecchi, Davide|doi=10.1038/nature.2016.21193|archive-date=2016-12-20|archive-url=https://web.archive.org/web/20161220221543/http://www.nature.com/news/ephemeral-antimatter-atoms-pinned-down-in-milestone-laser-test-1.21193|url-status=live}}</ref>.

В присутствии магнитного поля переход 1S-2S расщепляется на два [[Сверхтонкая структура|сверхтонких]] перехода с несколько различными частотами. Команда рассчитала частоты переходов для нормального водорода под действием магнитного поля в ограниченном объёме как:

: fdd = 2466061103064 (2) кГц
: fcc = 2466061707104 (2) кГц

Однофотонный переход между S-состояниями запрещён квантовыми [[Правила отбора|правилами отбора]], поэтому, чтобы перевести позитроны из основного состоянии в состояние 2S, ограниченное пространство освещалось лазером, настроенным на половину рассчитанной частоты переходов, стимулируя разрешённое [[двухфотонное поглощение]].

Атомы антиводорода, возбуждённые до состояния 2S, нестабильны и могут затем перейти одним из нескольких способов в другие состояния:

* Они могут испускать два фотона и сразу же возвращаться в основное состояние, как раньше.
* Они могут поглотить другой фотон, который ионизирует атом.
* Они могут испустить одиночный фотон и вернуться в основное состояние через состояние 2P — в этом случае спин позитрона может измениться или остаться прежним.

И ионизация, и переворот спина заставляют атом вырваться из ловушки. Команда подсчитала, что, если предположить, что антиводород ведёт себя как обычный водород, примерно половина атомов антиводорода будет потеряна во время воздействия резонансной частоты, по сравнению со случаем без лазера. При настроенном лазерном источнике 200 кГц ниже половины частоты перехода расчётные потери были по существу такими же, как и для случая отсутствия лазера.

Команда ALPHA создавала сгустки антиводорода, выдерживала их в течение 600 секунд, а затем уменьшала поле удержания в течение 1,5 секунд, подсчитывая, сколько атомов антиводорода аннигилировало. Они сделали это при трёх разных экспериментальных условиях:

* При резонансе: — воздействие на атомы антиводорода в ловушке лазерным источником, настроенным ровно на половину частоты перехода, в течение 300 секунд для каждого из двух переходов,
* Вне резонанса: — воздействие на атомы антиводорода в ловушке лазерным источником, настроенным на 200 килогерц ниже двух резонансных частот, в течение 300 секунд каждая,
* Без лазера: — удержание атомов антиводорода без какого-либо лазерного освещения.

Два элемента управления, вне резонанса и без лазера, были необходимы, чтобы гарантировать, что лазерное излучение само по себе не вызывает аннигиляции, возможно, путём высвобождения нормальных атомов с поверхности ограничивающего сосуда, которые затем могут объединиться с антиводородом.

Команда провела 11 пусков по трём случаям и не обнаружила [[Статистическая значимость|существенной]] разницы между пусками вне резонанса и отсутствием лазера, но на 58 % снизилось количество событий, обнаруженных после прохождения резонанса. Они также смогли подсчитать события аннигиляции во время сеансов и обнаружили более высокий уровень во время резонансных запусков, опять же без существенной разницы между нерезонансным и безлазерного пусками. Результаты хорошо согласуются с предсказаниями, основанными на нормальном водороде, и могут быть «интерпретированы как проверка симметрии CPT с точностью до 200 [[Миллионная доля|ppt]]»<ref>{{Cite journal|author=Ahmadi|first=M|date=2016-12-19|title=Observation of the 1S–2S transition in trapped antihydrogen|journal=Nature|volume=541|issue=7638|pages=506–510|doi=10.1038/nature21040|pmid=28005057|bibcode=2017Natur.541..506A|url=http://discovery.ucl.ac.uk/1537231/1/Guiterrez_nature21040.pdf|access-date=2021-07-03|archive-date=2017-04-19|archive-url=https://web.archive.org/web/20170419192332/http://discovery.ucl.ac.uk/1537231/1/Guiterrez_nature21040.pdf|url-status=live}}</ref>.

== Характеристики ==
[[CPT-инвариантность|CPT-теорема]] в физике элементарных частиц предсказывает, что атомы антиводорода обладают многими характеристиками, присущими обычному водороду; то есть они обладают той же самой [[масса|массой]], [[магнитный момент|магнитным моментом]] и частотами переходов между атомными состояниями (см. ''[[Атомная спектроскопия]]'')<ref>{{Cite journal|url=http://focus.aps.org/story/v26/st1|title=The Coolest Antiprotons|journal=Physical Review Focus|author=Grossman, Lisa|date=2010-07-02|volume=26|issue=1|access-date=2021-07-03|archive-date=2010-07-04|archive-url=https://web.archive.org/web/20100704021800/http://focus.aps.org/story/v26/st1|url-status=live}}</ref>. Например, ожидается, что возбуждённые атомы антиводорода будут испускать свет той же частоты, что и обычный водород. Атомы антиводорода должны [[гравитационное взаимодействие антиматерии|притягиваться к другому веществу или антивеществу гравитационно]] с силой той же величины, что и обычные атомы водорода<ref name="natrev" />. Это не должно выполняться, если антивещество имеет отрицательную [[Масса|гравитационную массу]], что считается крайне маловероятным, хотя ещё не опровергнуто эмпирически (Опровергнуто. см эксперимент AEgIS CERN) (см. ''[[гравитационное взаимодействие антиматерии|Гравитационное взаимодействие антивещества]]''). Однако разработана теоретическая модель для отрицательной массы и отталкивающей гравитации (антигравитации) между материей и антивеществом, и эта теория совместима с CPT-теоремой<ref>{{Cite web|url=https://www.researchgate.net/publication/344381683_Application_of_New_Relativistic_Quantum_Wave_Equation_on_Hydrogen_Atom_and_its_Implications_on_Antimatter_Gravitational_Experiments|title=Application of New Relativistic Quantum Wave Equation on Hydrogen Atom and its Implications on Antimatter Gravitational Experiments|author=Du|first=Hong|access-date=2021-07-03|archive-date=2021-04-26|archive-url=https://web.archive.org/web/20210426065717/https://www.researchgate.net/publication/344381683_Application_of_New_Relativistic_Quantum_Wave_Equation_on_Hydrogen_Atom_and_its_Implications_on_Antimatter_Gravitational_Experiments|url-status=live}}</ref>.

Когда антиводород вступает в контакт с обычным веществом, его составляющие быстро [[Аннигиляция|аннигилируют]]. Позитрон аннигилирует с электроном с образованием [[Гамма-излучение|гамма-лучей]]. С другой стороны, антипротон состоит из антикварков, которые соединяются с кварками в нейтронах или протонах, в результате чего образуются [[Пион (частица)|пионы]] высокой энергии, которые быстро распадаются на [[мюон]]ы, [[нейтрино]], [[позитрон]]ы и [[электрон]]ы. Если бы атомы антиводорода были взвешены в [[Вакуум|идеальном вакууме]], они бы существовали бесконечное время.

Ожидается, что как антиэлемент он будет иметь те же свойства, что и водород<ref>{{Cite web|url=https://www.bbc.co.uk/news/science-environment-17284822|title=Antihydrogen undergoes its first-ever measurement|author=Palmer|first=Jason|date=2012-03-14|access-date=2021-07-03|archive-date=2019-10-07|archive-url=https://web.archive.org/web/20191007212112/https://www.bbc.co.uk/news/science-environment-17284822|url-status=live}}</ref>. Например, антиводород будет газом при стандартных условиях и соединится с антикислородом с образованием антиводы <chem>\overline{H}_2\overline{O}</chem>.

== Производство ==
Первые атомы антиводорода были получены в 1995 году группой под руководством [[Олерт, Уолтер|Уолтера Олерта]] из ЦЕРНа<ref>{{Cite news|title=Antiatoms: Here Today . . .|first=David H.|author=Freedman|website=Discover Magazine|date=1997-01|url=http://discovermagazine.com/1997/jan/antiatomsheretod1029|access-date=2021-07-03|archive-date=2019-07-21|archive-url=https://web.archive.org/web/20190721004446/http://discovermagazine.com/1997/jan/antiatomsheretod1029}}</ref> с использованием метода, впервые предложенного [[Чарльз Мангер-младший|Чарльзом Мангером-младшим]], [[Бродский, Стэнли|Стэнли Бродским]] и [[Андраде, Иван Шмидт|Иваном Шмидтом Андраде]]<ref>{{Cite journal|title=Production of relativistic antihydrogen atoms by pair production with positron capture|author=Munger|first=Charles T.|date=1994 |journal=[[Physical Review D]]|volume=49|pages=3228–3235|doi=10.1103/physrevd.49.3228|pmid=10017318|bibcode=1994PhRvD..49.3228M}}</ref>.

В кольцевом [[Ускоритель заряженных частиц|ускорителе]] [[Кольцо с антипротонами низкой энергии|LEAR]] антипротоны из ускорителя попадали в [[Кластер (физика)|кластеры]] [[ксенон]]а<ref name="first-AH">{{статья|автор=Baur G. et al.|заглавие=Production of Antihydrogen|издание=[[Physics Letters B]]|год=1996|том=368|выпуск=3|номер=|страницы=251—258|ссылка=http://ikpe1101.ikp.kfa-juelich.de/ps210/PL_paper_CERN_preprint.ps|doi=10.1016/0370-2693(96)00005-6|arxiv=|bibcode=1996PhLB..368..251B|язык=en|archive-date=2018-07-21|archive-url=https://web.archive.org/web/20180721162040/http://ikpe1101.ikp.kfa-juelich.de/ps210/PL_paper_CERN_preprint.ps}}</ref>, создавая электрон-позитронные пары. Антипротоны могут захватывать позитроны с вероятностью около {{Val|e=-19}}, поэтому, согласно расчётам, этот метод не подходит для существенного производительности<ref>{{статья|автор=Bertulani C. A., Baur G.|заглавие=Pair production with atomic shell capture in relativistic heavy ion collisions|издание=Braz. J. Phys.|год=1988 |том=18 |выпуск=|номер=4 |страницы=559—573 |ссылка=http://www.sbfisica.org.br/bjp/download/v18/v18a41.pdf |doi=|arxiv=|bibcode=|язык=en }}</ref><ref>{{статья|автор=Bertulani C. A., Baur G.|заглавие=Electromagnetic processes in relativistic heavy ion collisions|издание=Physics Reports|год=1988|том=163|выпуск=5–6|номер=|страницы=299-408|ссылка=http://juser.fz-juelich.de/record/845594/files/J%C3%BCl_2163_Bertulani.pdf|doi=10.1016/0370-1573(88)90142-1|arxiv=|bibcode=1988PhR...163..299B|язык=en|archive-date=2018-07-20|archive-url=https://web.archive.org/web/20180720161226/http://juser.fz-juelich.de/record/845594/files/J%C3%BCl_2163_Bertulani.pdf}}</ref><ref name="first-calc">{{статья|автор=Aste A. et al.|заглавие=Electromagnetic Pair Production with Capture|издание=Physical Review A|год=1993|том=50|выпуск=5|номер=|страницы=3980–3983|ссылка=http://edoc.unibas.ch/9325/1/20100604145900_4c08f8941070d.pdf|doi=10.1103/PhysRevA.50.3980|pmid=9911369|arxiv=|bibcode=1994PhRvA..50.3980A|язык=en|archive-date=2018-07-20|archive-url=https://web.archive.org/web/20180720113105/http://edoc.unibas.ch/9325/1/20100604145900_4c08f8941070d.pdf}}</ref>. [[Фермилаб]] измерил несколько иное поперечное сечение<ref>{{статья|автор=Blanford G. et al.|заглавие=Observation of Atomic Antihydrogen|издание=Physical Review Letters|год=1997 |том=80 |выпуск=14 |номер=|страницы=3037—3040|ссылка=|doi=10.1103/PhysRevLett.80.3037 |arxiv=|bibcode=1998PhRvL..80.3037B |язык=en }}</ref>, которое согласуется с предсказаниями [[Квантовая электродинамика|квантовой электродинамики]]<ref>{{статья|автор= Bertulani C. A., Baur G. |заглавие=Antihydrogen production and accuracy of the equivalent photon approximation|издание=Physical Review D |год=1998|том=58|выпуск=3|номер=|страницы=034005|ссылка=|doi=10.1103/PhysRevD.58.034005 |arxiv=hep-ph/9711273|bibcode=1998PhRvD..58c4005B |язык=en }}</ref>. Оба метода приводили к появлению горячих (высокоэнергетических) антиатомов, непригодных для детального изучения.

Впоследствии ЦЕРН создал [[Antiproton Decelerator|антипротонный замедлитель]] (AD) для поддержки усилий по созданию низкоэнергетического антиводорода для проверки фундаментальных симметрий. AD будет поставлять антиводород нескольким группам в ЦЕРНе. ЦЕРН ожидает, что их установки будут способны производить 10 миллионов антипротонов в минуту<ref name="madsen">{{статья|автор=Madsen N.|заглавие=Cold antihydrogen: a new frontier in fundamental physics |издание=Philosophical Transactions of the Royal Society A|год=2010 |том=368 |выпуск=1924 |номер=|страницы=3671—3682|ссылка=|doi=10.1098/rsta.2010.0026 |pmid=20603376 |arxiv=|bibcode=2010RSPTA.368.3671M |язык=en}}</ref>.

=== Низкоэнергетический антиводород ===
В экспериментах, проведённых коллаборациями [[Antiproton Decelerator|ATRAP]] и ATHENA в ЦЕРНе, удалось объединить позитроны и антипротоны в [[Ловушка Пеннинга|ловушках Пеннинга]], что привело к синтезу с типичной скоростью 100 атомов антиводорода в секунду. Антиводород был впервые получен в 2002 году, сначала коллаборацией ATHENA<ref>{{статья |автор=Amoretti M. et al. |заглавие==Production and detection of cold antihydrogen atoms |издание=[[Nature]] |год=2002 |том=419 |выпуск=6906 |номер= |страницы=456—459 |ссылка=http://cds.cern.ch/record/581488/files/cer-2340034.pdf |doi=10.1038/nature01096 |arxiv= |pmid=12368849 |bibcode=2002Natur.419..456A |язык=en |access-date=2021-07-03 |archive-date=2022-03-22 |archive-url=https://web.archive.org/web/20220322024622/http://cds.cern.ch/record/581488/files/cer-2340034.pdf }}</ref>, а затем ATRAP<ref>{{статья|автор=Gabrielse G. et al.|заглавие=Driven Production of Cold Antihydrogen and the First Measured Distribution of Antihydrogen States|издание=Phys. Rev. Lett.|год=2002|том=89|выпуск=23|номер=|страницы=233401|ссылка=http://juser.fz-juelich.de/record/25767/files/17128.pdf|doi=10.1103/PhysRevLett.89.233401|pmid=12485006|arxiv=|bibcode=2002PhRvL..89w3401G|язык=en|archive-date=2022-03-22|archive-url=https://web.archive.org/web/20220322024608/https://juser.fz-juelich.de/record/25767/files/17128.pdf}}</ref> и к 2004 году были произведены миллионы атомов антиводорода. Синтезированные атомы имели относительно высокую температуру (несколько тысяч [[кельвин]]ов) и, как следствие, ударялись о стенки экспериментальной установки и аннигилировали. Большинство тестов на точность требуют длительного наблюдения.

ALPHA, преемница коллаборации ATHENA, была создана для стабильного улавливания антиводорода<ref name="madsen" />. Будучи электрически нейтральным, его спиновые [[Магнитный момент|магнитные моменты]] взаимодействуют с неоднородным магнитным полем; некоторые атомы будут притягиваться к магнитному минимуму, созданному комбинацией зеркального и мультипольного полей<ref>{{статья|автор=Pritchard D. E.|заглавие=Cooling neutral atoms in a magnetic trap for precision spectroscopy|издание=Physical Review Letters |год=1983 |том=51 |выпуск=15 |номер= |страницы=1336—1339|ссылка=|doi=10.1103/PhysRevLett.51.1336|bibcode=1983PhRvL..51.1336P |arxiv=| язык=en}}</ref>.

В ноябре 2010 года коллаборация ALPHA объявила, что они захватили в ловушку 38 атомов антиводорода на шестую долю секунды<ref>{{Cite journal |author= Andresen G. B. et al. ([[ALPHA Collaboration]])|year=2010|title=Trapped antihydrogen|url= https://archive.org/details/sim_nature-uk_2010-12-02_468_7324/page/672|journal=[[Nature]]|doi=10.1038/nature09610|bibcode=2010Natur.468..673A |volume=468|issue=7324|pages=673–676|pmid=21085118}}</ref>, что стало первым успехом удержания нейтрального антивещества. В июне 2011 года они захватили 309 атомов антиводорода, до 3 одновременно, на срок до 1000 секунд<ref>{{Cite journal|author=Andresen G. B. et al. ([[ALPHA Collaboration]])|title=Confinement of antihydrogen for 1,000 seconds|journal=[[Nature Physics]]|doi=10.1038/nphys2025|volume=7|issue=7|bibcode=2011NatPh...7..558A|year=2011|pages=558–564|arxiv=1104.4982}}</ref>. Затем они изучили его сверхтонкую структуру, гравитационные эффекты и заряд. ALPHA продолжит измерения наряду с экспериментами ATRAP, AEGIS и GBAR.

=== Более крупные атомы антивещества ===
Более крупные атомы антивещества, такие как [[Дейтерий|антидейтерий]] ({{overline|D}}), [[Тритий|антитритий]] ({{overline|T}}), [[Антигелий (вещество)|антигелий-3]] ({{overline|3He}}) и [[Антигелий (вещество)|антигелий-4]] ({{overline|4He}}), произвести гораздо сложнее. Антидейтерий<ref>{{статья|автор=Massam T. et al.|заглавие=Experimental observation of antideuteron production|издание=Il Nuovo Cimento|год=1965 |том=39 |выпуск=1 |номер=|страницы=10–14 |ссылка=|doi=10.1007/BF02814251 |arxiv=|bibcode=1965NCimS..39...10M |язык=en}}</ref><ref>{{статья|автор=Dorfan D. E. et al.|заглавие=Observation of Antideuterons|издание=Phys. Rev. Lett.|год=1965 |том=14 |выпуск=24 |номер= |страницы=1003—1006|ссылка=https://archive.org/details/sim_physical-review-letters_1965-06-14_14_24/page/1002|doi=10.1103/PhysRevLett.14.1003|arxiv=|bibcode=1965PhRvL..14.1003D|язык=en}}</ref>, антигелий-3 ({{overline|3He}})<ref>{{статья|автор=Антипов Ю. М. и др.|заглавие=Наблюдение антигелия-3|ссылка=|издание=[[Ядерная физика (журнал)|Ядерная физика]]|год=1970|том=12|страницы=311}}</ref><ref>{{Cite journal|author=Arsenescu R. et al.|year=2003 |title=Antihelium-3 production in lead-lead collisions at 158 ''A'' GeV/''c''|journal=[[New Journal of Physics]]|volume=5|issue=1|doi=10.1088/1367-2630/5/1/301|bibcode= 2003NJPh....5....1A}}</ref> и антигелий-4 ({{overline|4He}}), другие ядра<ref>{{Cite journal|author=Agakishiev H. et al.|year=2011|title=Observation of the antimatter helium-4 nucleus|url=https://archive.org/details/sim_nature-uk_2011-05-19_473_7347/page/352|arxiv=1103.3312|bibcode=2011Natur.473..353S|volume=473|doi=10.1038/nature10079|pmid=21516103|issue=7347|journal=Nature|pages=353–6}}</ref> создаются с такими высокими скоростями, что синтез соответствующих им атомов создаёт несколько технических препятствий.

== Примечания ==

=== Комментарии ===
{{примечания|group="комм"}}

=== Источники ===
{{примечания}}

== Ссылки ==
* {{Cite web|url=http://www.sixtysymbols.com/videos/antihydrogen.htm|title=Antihydrogen|author=Merrifield|first=Michael|website=Sixty Symbols|publisher=Brady Haran for the [[University of Nottingham]]}}

[[Категория:Водород]]
[[Категория:Антивещество]]
[[Категория:Страницы с непроверенными переводами]]

Антиводород - История изменений

imported>InternetArchiveBot: Добавление ссылок на электронные версии книг (20260109sim)) #IABot (v2.0.9.5) (GreenC bot