Антипротоны: отскок или аннигиляция? экспресс
Антипротон — зеркальный двойник протона: та же масса, но отрицательный заряд. Попадая в вещество, он обычно мгновенно аннигилирует — исчезает с выделением энергии, столкнувшись с ядром атома. Но если антипротон движется медленно, с энергией всего несколько тысяч электронвольт, он может отскочить от поверхности, как мячик от стены, не успев встретиться с ядром.
В эксперименте GBAR (Gravitational Behaviour of Antihydrogen at Rest) в ЦЕРНе антипротоны охлаждают и соединяют с позитронами, чтобы получить атомы антиводорода. Чтобы узнать, сколько атомов родилось, нужно точно знать, сколько антипротонов попало в мишень. Если часть антипротонов отражается от стенок детектора, подсчёт окажется неверным. Учёные проверили это на практике: направили пучок антипротонов с энергией 4 и 6 кэВ на поверхность микроканальной пластины — чувствительного детектора, который регистрирует каждую частицу.
Результат оказался утешительным: ни одного отскока не зафиксировали. Это значит, что вероятность отражения меньше 14% (при уровне достоверности 68%). Иными словами, из 100 антипротонов, попавших на детектор, максимум 14 могли бы отскочить, но, скорее всего, не отскочил ни один. Для эксперимента GBAR это важно: теперь можно точнее определить, сколько антипротонов действительно участвовало в создании антиводорода.
Оригинальная аннотация
как её написали авторы, на английском arXiv:2608.11795v1
It is commonly assumed that antiprotons impinging on a material surface annihilate promptly with the nuclei of the material. However, at kinetic energies of a few keV, this assumption may not hold. As with low-energy protons, electrons or positrons that can be reflected from a target, they may undergo large-angle Coulomb scattering before annihilation occurs, thereby appearing to be "backscattered" from the material surface. This backscattering fraction, largely unknown, is a crucial ingredient to the determination of the production cross-section of antihydrogen atoms in the GBAR experiment. This paper presents a determination of the probability that 4 and 6 keV antiprotons backscatter on the surface of a Micro-Channel Plate detector used for beam imaging at GBAR. No evidence for backscattering has been found and an upper limit of 14% at 68% confidence level has been set on this probability. The impact of backscattering on the determination of the number of antiprotons that participate in antihydrogen production in GBAR is also addressed.
Аннигиляция антипротона с протоном выделяет примерно в 1000 раз больше энергии, чем деление ядра урана в атомной бомбе, на единицу массы.
В сериале «Звёздный путь» антивещество используется как топливо для варп-двигателей, и проблема хранения антипротонов — ключевая для таких технологий.