Антипротон — это зеркальный двойник протона: та же масса, но отрицательный заряд. Когда он приближается к ядру атома, частицы могут аннигилировать, превращаясь в излучение. В эксперименте PUMA в ЦЕРНе изучают, как антипротоны захватываются ядрами и образуют экзотические атомы, похожие на водород, но с антипротоном вместо электрона.
В новой работе физики рассчитали, как антипротон взаимодействует с ядрами трития (один протон и два нейтрона) и гелия-3 (два протона и один нейтрон). Они решили сложные уравнения для четырёх тел, чтобы найти сдвиги энергетических уровней и ширины этих состояний. Оказалось, что результат сильно зависит от модели взаимодействия нуклонов с антинуклонами — то есть от того, как именно протоны и нейтроны притягиваются к антипротону.
Затем учёные вычислили плотность аннигиляции — где именно в ядре антипротон чаще всего сталкивается с нуклоном. Сравнение с распределением ядерной материи показало: аннигиляция происходит в основном на периферии ядра, а не в плотном центре. Это похоже на то, как человек, идущий сквозь толпу, чаще задевает людей на краю, где свободнее, а не в середине давки.
Такой вывод помогает лучше понять, как антиматерия взаимодействует с обычным веществом, и может пригодиться для будущих экспериментов с антиводородом.
Антипротон в атоме заменяет электрон, но из-за большой массы он находится гораздо ближе к ядру и быстрее аннигилирует.