Гравитация под вопросом: новый пучок мюония позволит проверить принцип Эйнштейна

Учёные создали пучок экзотических атомов, который позволит проверить гравитацию на частицах второго поколения — эксперимент может впервые показать, одинаково ли действует принцип эквивалентности Эйнштейна на обычную материю и мюоны. О новом источнике сообщили исследователи ETH Zurich и Института Пауля Шеррера (PSI); результаты опубликованы в журнале Nature Physics.

Речь идёт о мюонии — нейтральном атомоподобном объекте, состоящем из положительно заряженного антимюона и электрона. Мюон относится ко второму поколению элементарных частиц и живёт всего около 2,2 микросекунды, поэтому обычные источники мюония создавали слишком разреженный и хаотичный поток для точного измерения его падения под действием земного притяжения. Новый источник формирует яркий «сверхтепловой» пучок с гораздо более узким распределением скоростей, что делает возможным проведение гравитационного эксперимента.

Ключевым элементом установки стал сверхтекучий гелий, охлаждённый примерно до 200 мК, то есть почти до абсолютного нуля. Антимюоны из ускорителя останавливаются в тонком слое гелия, захватывают электроны и образуют мюоний, после чего атомы выходят из жидкости практически вертикально; скорость пучка составляет порядка сотен метров в секунду, а разброс оценивается в 80-150 м/с. По данным Nature Physics, новый источник должен позволить измерить гравитационное ускорение мюония с точностью на уровне процентов.

Следующим этапом станет интерферометр, который зарегистрирует крошечное смещение интерференционной картины мюониевых волн под действием гравитации. Если мюоний будет падать иначе, чем обычная материя, результат укажет на нарушение универсальности свободного падения и может потребовать расширения современной физики, включая гипотезы о дополнительном, пятом фундаментальном взаимодействии. Исследователи рассчитывают впервые испытать пучок в атомном эксперименте уже в 2026 году, а полноценное измерение гравитации провести примерно через два-три года.

Источник: phys.org