Znanstveniki prvič uspešno lasersko hlajeni pozitronijeve ione!

V nedavni študiji je sistem AEgIS v okviru Evropskega centra za jedrske raziskave (CERN) uspešno lasersko hlail pozitronijeve ione, s čimer je naredil pomemben korak k sistemu materija-antimaterija, ki oddaja laserju podobne žarke gama.
Rezultati tega eksperimenta ne zagotavljajo le močne podpore za visoko natančno testiranje, ali antimaterija in snov padata na Zemljo na enak način, ampak tudi utirajo pot za povsem novo vrsto raziskav antimaterije, vključno z možnostjo proizvajanja žarkov gama. laserji.
Sistem Aegis (AEgIS) je eden od številnih poskusov, ki proizvajajo in proučujejo anti-vodikove atome v CERN-ovi tovarni antimaterije, katerega cilj je z visoko natančnostjo preizkusiti, ali antimaterija in snov padata na Zemljo na enak način.
V prispevku, ki je bil nedavno objavljen v Physical Review Letters, sodelovanje AEgIS poroča o eksperimentalnem podvigu, ki ne le pomaga doseči ta cilj, ampak tudi utira pot povsem novemu obsegu raziskav antimaterije, vključno z možnostjo proizvodnje laserjev žarkov gama. , ki bi raziskovalcem omogočila vpogled v jedro atoma v notranjosti in imela aplikacije onkraj fizike.
Cilj AEgIS, enega od številnih eksperimentov v CERN-ovi tovarni antimaterije, je preučevanje lastnosti anti-vodikovih atomov. Za ustvarjanje antivodika (pozitron, ki se vrti okoli antiprotona), AEgIS usmeri žarek pozitronov (elektron, ki se vrti okoli pozitrona) v oblak antiprotonov, ki ga ustvari in upočasni Tovarna antimaterije. Ko se antiproton in pozitron srečata v antiprotonskem oblaku, pozitron preda svoj pozitron antiprotonu, kar povzroči nastanek antivodika.
Ta proces omogoča AEgIS preučevanje pozitronov, sistema antimaterije, ki je zanimiv, ker vsebuje le dva točkasta delca - elektron in njegovo antimaterijo.
Vendar pa ima pozitron izjemno kratko življenjsko dobo 142 milijard sekunde in nato anihilira v žarke gama. Za preučevanje tega kratkoživega delca je ekipa AEgIS uspešno uporabila tehnike laserskega hlajenja na vzorcu pozitronov.
To je podvig, ki ga je dosegla ekipa AEgIS. Z laserskim hlajenjem vzorca pozitronov jim je uspelo znižati temperaturo vzorca s 380 stopinj Celzija na 170 stopinj Celzija, kar je zmanjšanje za več kot polovico. Ta podvig je trdna podlaga za nadaljnje poskuse, ekipa pa želi dodatno znižati temperaturo pod 10 Kelvinov.
Uspeh lasersko hlajenih pozitronov odpira nove možnosti za raziskave antimaterije. Prvič, omogočil je visoko natančne meritve sistemov snov-antimaterija, kar je pomagalo razkriti novo fiziko. Drugič, tehnika je raziskovalcem omogočila tudi proizvodnjo pozitronskih Bose-Einsteinovih kondenzatov, ki so kondenzati, v katerih so vse komponente v istem kvantnem stanju. Takšni kondenzati naj bi bili kandidati za ustvarjanje koherentne svetlobe žarkov gama, ki naj bi raziskovalcem omogočila vpogled v notranjost atomskih jeder.
"Če je Bose-Einsteinov kondenzat antimaterije sposoben proizvesti koherentno svetlobo žarkov gama, bo to izjemno močno orodje na področju osnovnih in uporabnih raziskav, ki bo raziskovalcem omogočilo vpogled v skrivnosti atomskih jeder." je rekel Ruggero Caravita.
Spomnimo se, da je bila tehnologija laserskega hlajenja prvič uporabljena za atome antimaterije pred tremi leti. Temeljni princip leži v postopnem upočasnjevanju atomov skozi ciklični proces absorpcije in oddajanja fotonov, ki se izvaja predvsem z ozkopasovnimi laserji, ki oddajajo svetlobo v majhnem frekvenčnem območju. Vendar pa je ekipa AEgIS v svoji raziskavi uporabila edinstveno širokopasovno lasersko tehnologijo.
Ruggero Caravita nadalje pojasnjuje: "Prednost širokopasovne laserske tehnike je, da lahko učinkovito ohladi ne le majhen vzorec pozitronov, ampak tudi veliko večji vzorec pozitronov. Poleg tega med uporabo nismo uporabili zunanjih električnih ali magnetnih polj eksperiment, ki ne le poenostavi eksperimentalno postavitev, ampak tudi podaljša življenjsko dobo pozitronov."
Skupina AEgIS Collaboration je svoje rezultate raziskav o hlajenju s pozitronskim laserjem delila z neodvisnimi skupinami, ki uporabljajo različne tehnike, in istega dne objavila ta pomemben rezultat na strežniku za prednatis arXiv za referenco in informacije raziskovalcem po vsem svetu.