Експерименти з позитронієм виявили можливі похибки в базових законах фізики

При вивченні позитронію – екзотичного атома, який складається з електрона і його дзеркального партнера з антиречовини позитрона, група фізиків виявила невідповідність його властивостей теоретичним прогнозам. Ця різниця може свідчити про феномен за межами стандартної фізичної моделі.
Експеримент був багато разів повторений, розрахунки теж – результати не сходяться. Проте, автори не поспішають робити гучних заяв, повідомляє Science.
Як все працює
Оскільки атом позитронію не містить ядерної матерії, фізики можуть вивчати їх, не турбуючись про складнощі слабких і сильних ядерних сил, які непомітно, але значимо змінюють властивості атома. Для того щоб передбачити властивості позитронно, фізикам потрібно використовувати тільки відносно прості квантові теорії електричних або магнітних сил, або квантову електродинаміку, мабуть, найточнішу і перевірену теорію у фізиці. Це робить позитроній ідеальним інструментом для пошуків нової фізики, вважають вчені з Коледжу Франкліна і Маршалла.
Як і звичайний атом, позитроній може абсорбувати і випромінювати світло та інше електромагнітне випромінювання лише у певних частотах, оскільки електрон і позитрон всередині нього стрибають з одного квантового стану до іншого. Теоретики можуть обчислити ці довжини хвиль точно за допомогою квантової електродинаміки. Будь-які розбіжності між прогнозами і експериментальними даними вказують на сліди "нової фізики".
Особливості експерименту
Здійснити такі порівняння не так просто. Вчені-теоретики роками проводять найскладніші обчислення, а атомів позитронію не існує в природі, так що експериментатори повинні створювати їх самі, стріляючи позитронами в мішень. Отримані атоми живуть не довго – через частку мікросекунди електрон і позитрон стикаються і знищують один одного у спалаху гамма-променів.
Проте фізик Девід Кесседі і його колеги змогли отримати хмари приблизно зі 100 000 атомів позитронію і піддати їх дії мікрохвиль, щоб запустити перехід між парою квантових станів. Вони виявили, що перехід здійснюється при 18,50102 ГГц, що суперечить теоретичним прогнозам – 18,49825 ГГц. Ці два значення відрізняються в 4,5 рази.
Про що це може свідчити?
Про те, що базові закони фізичи не зовсім правильні. Однак дослідники не поспішають заявляти на весь світ про прорив і проявляють обережність. У минулому вже знаходили невідповідності між прогнозами і експериментами у поведінці позитронію, які виявилися розв'язані більш точними вимірюваннями.
Інша, важливіша причина – нові результати натякають на те, що квантова електродинаміка, заснована на фундаментальних припущеннях, десь невірна. А це дуже зухвала заява.