Кіріспе

Протон мен антипротонның байланысқан күйі

Протоний (символ: Pn), сондай-ақ антипротондық сутек деп те аталады, бұл протоннан (символ: p) және антипротоннан (символ: ) бір-бірімен байланысқан экзотикалық атомның бір түрі. Протоний – бөлшектің және оған сәйкес антибөлшектің байланысқан жүйесі болғандықтан, ол «оний» деп аталатын экзотикалық атомдар класына жатады. Протонийдің орташа өмір сүру мерзімі шамамен 1,0 мкс, ал байланысу энергиясы -0,75 кэВ құрайды. Барлық онийлер сияқты, протоний де барлық кванттық сандары (бариондық сан, иіс кванттық сандары және т.б.) бар бозон және электр заряды 0-ге тең.

Өндіріс

Протонийді өндірудің екі әдісі бар. Бір әдіс – күшті бөлшектердің соқтығысуы. Екінші әдіс антипротон мен протонды бір магниттік қапқа салуды қамтиды. Бұл соңғы әдіс алғаш рет 2002 жылы Женевадағы CERN зертханасында ATHENA (Нейтралды антиматерияға арналған жоғары дәлдігі бар эксперименттік құрал) эксперименті барысында қолданылды, бірақ ғалымдар эксперимент кезінде протон да пайда болғанын 2006 жылға дейін анықтамады. Жоғары энергиядағы протон мен антипротон арасындағы реакциялар көптеген бөлшектердің түйірленуіне алып келеді. Шындығында, мұндай реакциялар Фермилабтағы Теватрон сияқты бөлшектерді жылдамдатушылардың негізін құрайды. LEAR (CERN-дегі төмен энергиялы антипротонды сақина) ішінде протонийді іздеудің жанама әдістері гелий сияқты ядроларға бағытталған антипротонды пайдаланды, бірақ нәтижелер нақты болған жоқ. 10 эВ-тан 1 кэВ-қа дейінгі диапазонды өте төмен энергиялы соқтығыстар протонның қалыптасуына мүмкіндік беруі мүмкін.

Зерттеулер

Жоспарланған эксперименттерде тұзақтар төмен энергиялы антипротонның көзі ретінде қолданылады. Мұндай сәуле лазерлік өрісте атомдық сутегі нысаналарына бағытталады, мақсаты – байланған протон-антипротон жұптарын протонның қозған күйіне белгілі бір тиімділікпен көтеру (оның есептелуі ашық теориялық мәселе болып қалады). Байланбаған бөлшектер магниттік өрісте иіліп, шығарылады. Протоний зарядталмағандықтан, мұндай өріс оны иірмейді. Егер протоний пайда болса, ол бір метрлік жоғары вакуум арқылы өтеді, онда протон мен антипротонның жойылғаннан ыдырайтыны күтіледі. Ыдырау өнімдері протонийдің пайда болуын нақты көрсетеді. Протонийді теориялық зерттеулерде негізінен релятивистік емес кванттық механика қолданылады. Бұл күйлердің байланыс энергиясы мен өмір сүру ұзақтығын болжауға мүмкіндік береді. Есептелген өмір сүру мерзімі 0,1-ден 10 микросекундқа дейін. Сутек атомынан айырмашылығы, онда басым өзара әрекеттесу электрон мен протонның Кулондық тартылысынан туындайды, протоний құрамындағы бөлшектер негізінен күшті өзара әрекеттесу арқылы әрекеттеседі. Сондықтан аралық күйдегі мезондарға қатысты көп бөлшектік өзара әрекеттесулер маңызды болуы мүмкін. Осылайша, протонийді өндіру және зерттеу ядроаралық күштерді түсіну үшін де маңызды.