Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Связанное состояние протона и антипротона
Bound state of a proton and antiprotron
Протоний (символ: Pn), также известный как антипротонный водород, — это тип экзотического атома, в котором протон (символ: p) и антипротон (символ: ) находятся в связанном состоянии. Поскольку протоний является связанной системой частицы и её античастицы, он является примером экзотического атома, называемого онием. Протоний имеет среднее время жизни около 1,0 мкс и энергию связи −0,75 кэВ. Как и все онии, протоний является бозоном со всеми квантовыми числами (барионным числом, квантовыми числами аромата и т. д.) и электрическим зарядом, равным 0.
Protonium (symbol: Pn), also known as antiprotonic hydrogen, is a type of exotic atom in which a proton (symbol: p) and an antiproton (symbol: ) are bound to each other. Since protonium is a bound system of a particle and its corresponding antiparticle, it is an example of a type of exotic atom called an onium. Protonium has a mean lifetime of approximately 1.0 μs and a binding energy of −0.75 keV. Like all onia, protonium is a boson with all quantum numbers (baryon number, flavour quantum numbers, etc.) and electrical charge equal to 0.
Производство
Существует два известных способа генерации протония. Один из способов связан с высокоэнергетическими столкновениями частиц. Другой способ заключается в помещении антипротонов и протонов в одну и ту же магнитную ловушку. Последний способ был впервые использован в ходе эксперимента ATHENA (ApparaTus for High precision Experiment on Neutral Antimatter) в лаборатории CERN в Женеве в 2002 году, однако лишь в 2006 году ученые осознали, что протоний также генерировался в ходе этого эксперимента. Реакции с участием протона и антипротона при высоких энергиях приводят к образованию множества конечных состояний частиц. Фактически, такие реакции лежат в основе работы коллайдеров частиц, таких как Теватрон в Фермилабе. Косвенный поиск протония на установке LEAR (Low Energy Antiproton Ring в CERN) проводился путем бомбардировки ядер, например гелия, антипротонами, однако результаты были неоднозначными. Сверхнизкоэнергетические столкновения в диапазоне от 10 эВ до 1 кэВ могут приводить к образованию протония.
There are two known methods to generate protonium. One method involves violent particle collisions. The other method involves putting antiprotons and protons into the same magnetic cage. The latter method was first used during the experiment ATHENA (ApparaTus for High precision Experiment on Neutral Antimatter) at the CERN laboratory in Geneva in 2002, but it was not until 2006 that scientists realized protonium was also generated during the experiment. Reactions involving a proton and an antiproton at high energies give rise to many particle final states. In fact, such reactions are the basis of particle colliders such as the Tevatron at Fermilab. Indirect searches for protonium at LEAR (Low Energy Antiproton Ring at CERN) have used antiprotons impinging on nuclei such as helium, with unclear results. Very low energy collisions in the range of 10 eV to 1 keV may lead to the formation of protonium.
Исследования
Планируемые эксперименты будут использовать ловушки в качестве источника антипротонов с низкой энергией. Такой пучок будет направлен на атомные мишени из водорода в поле лазера, предназначенного для возбуждения связанных пар протон-антипротон в возбужденное состояние протония с определенной эффективностью (вычисление которой является нерешенной теоретической задачей). Несвязанные частицы будут отклоняться под действием магнитного поля. Поскольку протоний не имеет заряда, он не будет отклоняться этим полем. Этот не отклоненный протоний, в случае его образования, сможет пройти через метр высокого вакуума, где ожидается его распад посредством аннигиляции протона и антипротона. Продукты распада дадут однозначные свидетельства образования протония. Теоретические исследования протония в основном основывались на нерелятивистской квантовой механике. Они позволяют предсказывать энергию связи и время жизни состояний. Рассчитанное время жизни находится в диапазоне от 0,1 до 10 микросекунд. В отличие от атома водорода, в котором доминирующими взаимодействиями является кулоновское притяжение электрона и протона, компоненты протония взаимодействуют преимущественно посредством сильного взаимодействия. Таким образом, многочастичные взаимодействия с участием мезонов в промежуточных состояниях могут оказаться важными. Следовательно, создание и изучение протония также представляют интерес для понимания внутринуклонных сил.
Planned experiments will use traps as the source of low energy antiprotons. Such a beam would be allowed to impinge on atomic hydrogen targets, in the field of a laser, which is meant to excite the bound proton–antiproton pairs into an excited state of protonium with some efficiency (whose computation is an open theoretical problem). Unbound particles are rejected by bending them in a magnetic field. Since the protonium is uncharged, it will not be deflected by such a field. This undeflected protonium, if formed, would be allowed to traverse a meter of high vacuum, within which it is expected to decay via annihilation of the proton and antiproton. The decay products would give unmistakable signatures of the formation of protonium. Theoretical studies of protonium have mainly used non relativistic quantum mechanics. These give predictions for the binding energy and lifetime of the states. Computed lifetimes are in the range of 0.1 to 10 microseconds. Unlike the hydrogen atom, in which the dominant interactions are due to the Coulomb attraction of the electron and the proton, the constituents of protonium interact predominantly through the strong interaction. Thus multiparticle interactions involving mesons in intermediate states may be important. Hence the production and study of protonium would be of interest also for the understanding of internucleon forces.