Антипротон в гелии может превратиться в «застывшую планету»

Объяснение механизма образования вещества, состоящего из гелия и антипротона и напоминающего молекулу, опубликовано 17 марта в журнале The European Physical Journal D.

Авторами работы являются российский физик Евгений Соловьев из лаборатории теоретической физики Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) в Дубне и его коллега из Сербии Таско Грозданов из Белградского университета.

Антипротонный гелий получается из обычного атома гелия путем замены одного из двух имеющихся в нем электронов на антипротон. Это возможно, поскольку антипротон, как и электрон, имеет отрицательный заряд. С течением времени протон в ядре гелия и антипротон на орбите аннигилируют. Но на разных орбитах это происходит с разной скоростью, причем дольше всех живут антипротоны на орбитах с радиусом, примерно равным радиусу атома водорода. В лазерных экспериментах в ЦЕРНе было измерено их время жизни, которое оказалось порядка одной микросекунды, что по ядерным масштабам очень велико.

Однако еще в 1991 году на качественном уровне был предсказан другой тип орбит, на которых антипротон должен жить долго. Их радиус примерно в 100 раз больше радиуса водорода. Они получили название «состояний с застывшей планетой» (frozen-planet states), потому что, находясь на столь больших расстояниях, антипротон вращается вокруг ядра очень медленно. Оставшийся электрон движется очень быстро и практически не замечает этого вращения. Ситуация напоминает молекулу из двух атомов.

Физики-теоретики Соловьёв и Грозданов создали модель, объясняющую механизм удержания антипротона в состоянии «застывшей планеты», и предсказали время жизни такого состояния, а также спектр излучения. В основу теории был положен метод «скрытых пересечений». Ученые ожидают, что будущие эксперименты смогут обнаружить предсказанный вид материи и измерить ее характеристики.