Ученым удалось впервые получить стабильные атомы экзотического «пионного» гелия

Не так давно, после исследований, продолжавшихся почти восемь лет, группе ученых из института Квантовой оптики Макса Планка, Германия, впервые удалось получить стабильные и долгоживущие атомы экзотической материи, так называемого «пионного» гелия, атома гелия, в котором один из электронов был заменен субатомной частицей — пионом, находящимся в определенном квантовом состоянии. В таком виде пион может существовать в тысячу раз дольше, чем он существует в составе других видов материи, и это дает ученым возможность более тщательно изучить эту частицу, которая играет важную роль в деле обеспечения стабильности и распада ядер атомов, используя метод высокоточной лазерной спектроскопии.

Отметим, что пионы относятся к семейству частиц, называемых мезонами. Именно мезоны несут ответственность за возникновение сильных взаимодействий между «стандартными блоками» атомных ядер, нейтронами и протонами. Протоны, обладающие одинаковым электрическим зарядом, отталкиваются друг от друга в обычных условиях, и лишь силы сильных ядерных взаимодействий способны связать и удержать их в пределах ядра атома. Мезоны, состоящие из двух кварков, существенно отличаются по структуре от протонов и нейтронов, которые состоят из трех кварков.

Возможность существования экзотических атомов «пионного» гелия была теоретически предсказана еще в 1964 году, но до последнего времени еще никому из ученых не удавалось получить такие атомы экспериментальным путем. И теперь, благодаря работе германских исследователей, у ученых всего мира появилась совершенно новая область для дальнейших исследований.

В течение восьми лет немецкие ученые пытались найти доказательства существования атомов «пионного» гелия. Для этого они использовали бак, заполненный охлажденным гелием, находящимся в жидком сверхтекучем состоянии. Основная сложность, которая повлекла за собой большую длительность экспериментов, заключалась в поиске длины волны лазерного света, при котором «получивший пинок» пион выбивает электрон из возбужденного атома гелия и занимает его место. Естественно, что такие атомы существуют какое-то время и распадаются, и именно эти «обломки» атомов стали доказательством существования экзотических атомов «пионного» гелия.

Ученые-теоретики, несмотря на массу исследований в данном направлении, так и не смогли просчитать длину волны света, при воздействии которого атомы гелия перейдут в одно из стабильных возбужденных состояний, а пион совершит «квантовый скачек» определенного типа, заменив собой электрон. Поэтому ученые использовали одну за другой три сложные лазерные системы, пока не нашли нужную длину волны путем простого перебора.

В данном эксперименте использовался самый мощный в мире источник пионов, находящийся в распоряжении исследовательской организации PSI, а достаточно большая часть использованного оборудования была разработана и изготовлена техническими группами Европейской организации ядерных исследований CERN. Организационная поддержка данного проекта оказывалась со стороны PSI и Общества Макса Планка, а финансирование в виде гранта, было предоставлено Европейским исследовательским советом.

https://www.dailytechinfo.org/news/10869-uchenym-udalos-vpervye-poluchit-stabilnye-atomy-ekzoticheskogo-pionnogo-geliya.html