Tutkijat onnistuivat laserjäähdytyksellä positronium-ioneja ensimmäistä kertaa!

Äskettäisessä tutkimuksessa Euroopan ydintutkimuskeskuksen (CERN) alainen AEgIS-järjestelmä jäähdytti onnistuneesti positroniumioneja, mikä on tärkeä askel kohti aine-antimateriaalijärjestelmää, joka lähettää laserin kaltaisia ​​gammasäteitä.
Tämän kokeen tulokset eivät ainoastaan ​​tarjoa vahvaa tukea korkean tarkkuuden testaamiseen siitä, putoavatko antimateria ja aine samalla tavalla, vaan myös tasoittavat tietä kokonaan uudelle antimateriaalitutkimukselle, mukaan lukien mahdollisuus tuottaa gammasäteitä. laserit.
Aegis-järjestelmä (AEgIS) on yksi useista kokeista, joissa tuotetaan ja tutkitaan anti-vetyatomeja CERNin Antimatter Factoryssa, jonka tavoitteena on testata suurella tarkkuudella, putoavatko antimateria ja aine Maahan samalla tavalla.
Äskettäin Physical Review Lettersissä julkaistussa artikkelissa AEgIS-yhteistyö raportoi kokeellisesta saavutuksesta, joka ei ainoastaan ​​auta saavuttamaan tätä tavoitetta, vaan myös tasoittaa tietä kokonaan uudelle antimatteritutkimukselle, mukaan lukien gammasäteilylaserien tuotantomahdollisuudet. , joka antaisi tutkijoille mahdollisuuden nähdä sisällä olevan atomin ytimeen ja saada sovelluksia fysiikan ulkopuolelle.
AEgIS:n, yhden CERNin Antimatter Factoryn monista kokeista, tavoitteena on tutkia vety-atomien ominaisuuksia. Luodakseen anti-vetyä (antiprotonin ympäri pyörivä positroni) AEgIS ohjaa positronisäteen (positronin ympärillä pyörivä elektroni) antiprotonipilveen, jonka Antimatter Factory on luonut ja hidastanut. Kun antiprotoni ja positron kohtaavat antiprotonipilvessä, positroni luovuttaa positroninsa antiprotonille, jolloin muodostuu anti-vetyä.
Tämä prosessi antaa AEgIS:lle mahdollisuuden tutkia positronia, antimateriaa, joka on kiinnostava, koska se sisältää vain kaksi pistehiukkasta - elektronin ja sen antimateriaalin.
Positroni on kuitenkin erittäin lyhyt, 142 miljardisosaa sekunnista, ja tuhoutuu myöhemmin gammasäteiksi. Tämän lyhytikäisen hiukkasen tutkimiseksi AEgIS-tiimi sovelsi menestyksekkäästi laserjäähdytystekniikoita positroninäytteeseen.
Tämä on AEgIS-tiimin saavutus. Laserjäähdytystä soveltamalla positroninäytteeseen onnistuttiin laskemaan näytteen lämpötila 380 celsiusasteesta 170 celsiusasteeseen, mikä on yli puolet. Tämä saavutus tarjoaa vankan perustan myöhemmille kokeille, ja tiimi pyrkii edelleen laskemaan lämpötilaa alle 10 Kelvinin.
Laserjäähdytteisten positronien menestys avaa uusia mahdollisuuksia antimateriaalitutkimukselle. Ensinnäkin se on mahdollistanut aine-antimateriaalijärjestelmien korkean tarkkuuden mittaukset, mikä on auttanut paljastamaan uutta fysiikkaa. Toiseksi tekniikka on myös auttanut tutkijoita tuottamaan positronisia Bose-Einstein-kondensaatteja, jotka ovat kondensaatteja, joissa kaikki komponentit ovat samassa kvanttitilassa. Tällaisten kondensaattien uskotaan olevan ehdokkaita koherentin gammasäteilyn tuottamiseen, jonka odotetaan tarjoavan tutkijoille kurkista atomiytimien sisään.
"Jos Bose-Einstein-antimateriaalikondensaatti pystyy tuottamaan koherenttia gammasädevaloa, se on äärimmäisen tehokas työkalu perus- ja soveltavan tutkimuksen alalla, jonka avulla tutkijat voivat saada käsityksen atomiytimien mysteereistä." Ruggero Caravita sanoi.
Muista, että laserjäähdytystekniikkaa sovellettiin ensimmäisen kerran antimateriaatomeihin kolme vuotta sitten. Ydinperiaate on atomien asteittainen hidastuminen fotonien absorptio- ja emissioprosessin kautta, mikä toteutetaan pääasiassa kapeakaistaisilla lasereilla, jotka lähettävät valoa pienellä taajuusalueella. AEgIS-tiimi käytti kuitenkin tutkimuksessaan ainutlaatuista laajakaistalasertekniikkaa.
Ruggero Caravita selittää edelleen: "Laajakaistalasertekniikan etu on, että se voi tehokkaasti jäähdyttää paitsi pienen näytteen positroneista myös paljon suuremman näytteen positroneista. Lisäksi emme käyttäneet ulkoisia sähkö- tai magneettikenttiä aikana koe, joka ei vain yksinkertaista kokeellista asennusta, vaan myös pidentää positronien käyttöikää."
AEgIS Collaboration on jakanut tutkimustuloksensa positronilaserjäähdytyksestä eri tekniikoita käyttävien riippumattomien ryhmien kanssa ja julkaissut samana päivänä tämän tärkeän tuloksen arXiv preprint -palvelimelle viitteeksi ja tiedoksi tutkijoille maailmanlaajuisesti.