Oamenii de știință au răcit cu succes ionii de pozitroniu pentru prima dată!

Într-un studiu recent, sistemul AEgIS din cadrul Centrului European de Cercetare Nucleară (CERN) a răcit cu succes ionii de pozitroniu cu laser, făcând un pas important către un sistem materie-antimaterie care emite raze gamma asemănătoare laserului.
Rezultatele acestui experiment nu numai că oferă un sprijin puternic pentru testarea de înaltă precizie a faptului că antimateria și materia cad pe Pământ în același mod, dar deschid și calea pentru o gamă complet nouă de cercetare a antimateriei, inclusiv posibilitatea de a produce raze gamma. lasere.
Sistemul Aegis (AEgIS) este unul dintre numeroasele experimente care produc și studiază atomi anti-hidrogen la Fabrica de Antimaterie a CERN, al cărei scop este să testeze cu mare precizie dacă antimateria și materia cad pe Pământ în același mod.
Într-o lucrare publicată recent în Physical Review Letters, colaborarea AEgIS raportează despre o performanță experimentală care nu numai că ajută la atingerea acestui obiectiv, dar deschide și calea pentru o gamă complet nouă de cercetare antimaterie, inclusiv perspectiva producerii de lasere cu raze gamma. , care ar permite cercetătorilor să vadă în nucleul unui atom din interior și să aibă aplicații dincolo de fizică.
Scopul AEgIS, unul dintre numeroasele experimente de la Fabrica de Antimaterie a CERN, este de a studia proprietățile atomilor anti-hidrogen. Pentru a crea antihidrogen (un pozitron care se rotește în jurul unui antiproton), AEgIS direcționează un fascicul de pozitroni (un electron care se rotește în jurul unui pozitron) într-un nor de antiprotoni creat și decelerat de Fabrica de Antimaterie. Atunci când un antiproton și un pozitron se întâlnesc în norul antiproton, pozitronul renunță la pozitronul său către antiproton, rezultând formarea de antihidrogen.
Acest proces permite AEgIS să studieze pozitronii, un sistem de antimaterie care prezintă interes deoarece conține doar două particule punctiforme - electronul și antimateria sa.
Cu toate acestea, pozitronul are o durată de viață extrem de scurtă de 142 de miliarde de secundă și ulterior se anihilează în raze gamma. Pentru a studia această particule de scurtă durată, echipa AEgIS a aplicat cu succes tehnici de răcire cu laser la o probă de pozitroni.
Aceasta este o ispravă realizată de echipa AEgIS. Aplicând răcirea cu laser la o probă de pozitroni, ei au reușit să reducă temperatura probei de la 380 de grade Celsius la 170 de grade Celsius, o reducere de peste jumătate. Această performanță oferă o bază solidă pentru experimentele ulterioare, iar echipa își propune să reducă și mai mult temperatura la sub 10 Kelvin.
Succesul pozitronilor răciți cu laser deschide noi posibilități pentru cercetarea antimateriei. În primul rând, a făcut posibile măsurători de înaltă precizie ale sistemelor materie-antimaterie, ajutând la dezvăluirea unor noi fizici. În al doilea rând, tehnica le-a permis cercetătorilor să producă condens Bose-Einstein pozitronici, care sunt condensați în care toate componentele ocupă aceeași stare cuantică. Se consideră că astfel de condensați sunt candidați pentru generarea de lumină coerentă cu raze gamma, care se așteaptă să ofere cercetătorilor o privire în interiorul nucleelor ​​atomice.
„Dacă condensatul de antimaterie Bose-Einstein este capabil să producă lumină gamma coerentă, va fi un instrument extrem de puternic în domeniul cercetării de bază și aplicate, permițând cercetătorilor să obțină o perspectivă asupra misterelor nucleelor ​​atomice”. a spus Ruggero Caravita.
Amintiți-vă că tehnologia de răcire cu laser a fost aplicată pentru prima dată atomilor de antimaterie în urmă cu trei ani. Principiul de bază constă în încetinirea treptată a atomilor printr-un proces ciclic de absorbție și emisie de fotoni, care este realizat în principal de lasere cu bandă îngustă care emit lumină într-un interval mic de frecvență. Cu toate acestea, echipa AEgIS a folosit o tehnologie laser unică în bandă largă în cercetarea lor.
Ruggero Caravita explică în continuare: „Avantajul tehnicii laser în bandă largă este că poate răci eficient nu doar o mică probă de pozitroni, ci și o probă mult mai mare de pozitroni. În plus, nu am folosit niciun câmp electric sau magnetic extern în timpul experimentul, care nu numai că simplifică configurația experimentală, ci și extinde durata de viață a pozitronilor.”
Colaborarea AEgIS și-a împărtășit rezultatele cercetării privind răcirea cu laser cu pozitroni cu echipe independente, folosind diferite tehnici și, în aceeași zi, a postat acest rezultat important pe serverul de preprintare arXiv pentru referința și informarea cercetătorilor din întreaga lume.