Проект создания Лаборатории по измерению гравитационных квантовых состояний атомов водорода в Физическом институте им. П.Н. Лебедева (ФИАН) – появится собственный прототип экспериментов с антиводородом. О проекте рассказал его руководитель – член-корреспондент РАН Николай Николаевич Колачевский.

    – Николай Николаевич, в чём заключается идея проекта?
    – Суть в том, что мы хотим пронаблюдать квантовые состояния атомов водорода в гравитационном поле. Эти состояния интересны тем, что они являются важной ступенькой к исследованию вопроса о гравитации антивещества, позволяя прецизионно исследовать гравитационное взаимодействие на одиночных атомах. Кроме того, такой эксперимент открывает возможность искать дополнительные короткодействующие фундаментальные взаимодействия. Говоря упрощенно: при наличии дополнительных сил (отклонения от законов гравитации) на расстояниях в несколько нанометров, гравитационные состояния «почувствуют» такие отклонения.

    Но наиболее интересна аналогичная задача с атомами антиводорода. Казалось бы, процесс аннигиляции атомов антиматерии на поверхности должен исключить возможность приповерхтностных гравитационных экспериментов, но тут помогает эффект квантового отражения от потенциального барьера, формируемого казимировским потенциалом. Этот несколько контринтуитивный вывод был впервые сделан сотрудником ФИАНа Алексеем Ворониным.  Таким образом, поскольку поведение антиводорода  должно быть похоже на взаимодействие обычного водорода, наш эксперимент будет важен для подготовки «антиводородного» эксперимента. Конечно, мы не можем создавать антиводород – сегодня это делается только в ЦЕРНе, а вот с водородом умеем неплохо работать: получать, синтезировать, детектировать и т.д. Поэтому начнём с него.

    – Как появилась идея лаборатории?

   – Здесь соединились три фактора. Во-первых, ФИАН давно сотрудничает с ИЛЛ (Международный институт Лауэ – Ланжевена (ИЛЛ) в Гренобле, ведущий мировой центр нейтронных исследований – Примеч. редакции), где проводятся аналогичные эксперименты, но с нейтронами: эти частицы также перспективны для поиска фундаментальных взаимодействий. Пионерские работы по квантовым состояниям ультрахолодных нейтронов принадлежат научному сотруднику ИЛЛ Валерию Несвижевскому, с которым мы активно взаимодействуем.

Обсуждение плана эксперимента с Валерием Несвижевским в ФИАНе (фото предоставлено Н.Н. Колачевским)

    Вторая исходная точка – наша совместная работа в рамках проекта GBAR (Gravitational Behaviour of Antihydrogen at Rest, «Гравитационное поведение антиводорода в покое» – проект по экспериментальному изучению гравитационных свойств антиматерии – Примеч. редакции) в ЦЕРНе. Это амбициозный и исключительно любопытный проект, но на грани, скажем так, лёгкого физического безумия – настолько он сложен. Надо захватить одиночный атом антиводорода, причём очень специфически подготовленный, охладить его в ловушке, «уронить» на поверхность. Впрочем, каждый из этих шагов вполне реализуем и интересен своими результатами для фундаментальной физики.

    Наконец, у нашей группы в ФИАН много наработок в изучении холодного водорода. Около 15 лет продолжается сотрудничество нашей ФИАНовской группы и группы  профессора Хэнша в  Институте общества Макса Планка по квантовой оптике  (Теодор Хэнш –  Нобелевский лауреат по физике 2005 г. – Примеч. редакции) в области прецизионной спектроскопии атомарного водорода.

    – Могли бы Вы обозначить примерные сроки работы?

    – Думаю, при позитивном развитии, на строительство и на первые эксперименты понадобится около двух-трех лет – для достижения результатов, которые можно серьёзно обсуждать. Понятно, что теоретические исследования – в рамках взаимодействия ФИАН с ЦЕРН, ИЛЛ, Институтом Макса Планка – остаются, но очень хочется иметь и собственную экспериментальную базу.

    – А как обстоят дела с реализацией и финансированием?

    – Мы рассчитываем на поддержку от разных источников. Существенную часть, если получится, обеспечит Российский квантовый центр. У нас подписано соглашение о создании совместных лабораторий. Сейчас не до конца ясно, как именно будут распределяться роли, но пока идея в том, что с использованием оборудования Квантового центра будет создана лаборатория в ФИАН и параллельно часть исследований будет перенесена  в лабораторию в Сколково.  Помещения подготовлены и даже заказана часть оборудования. Надеюсь, примерно к середине этого года станут понятны детали.

«Сердце» эксперимента по исследованию гравитационных состояний антиводорода в эксперименте GBAR. В проекте ФИАН – близкий аналог (иллюстрация предоставлена Н.Н. Колачевским)

    Кроме того, мы рассчитываем привлечь программы Российской академии наук. К большому сожалению, сейчас неочевидно, останутся ли они – будем надеяться, что да. Очень большую роль они играют именно в подобных международных коллаборациях, потому что участие в таких проектах невозможно без научных командировок, уплаты взносов  и других трат.

    Хочется помочь проекту, чтобы к 2017-2018 году уже стало понятно, как антиводород ведёт себя в гравитационном поле. Это очень яркая физическая задача.

Беседовала О. Овчинникова, АНИ «ФИАН-Информ»