_ Experimentul deschide calea pentru un nou set de studii antimaterie prin răcirea cu laser a pozitroniului

AEgIS este unul dintre numeroasele experimente de la Fabrica de antimaterie a CERN care produce și studiază atomi de antihidrogen cu scopul de a testa cu mare precizie dacă antimateria și materia cad pe Pământ în în același mod.

Într-o lucrare publicată astăzi în Physical Review Letters, colaborarea AEgIS raportează o performanță experimentală care nu numai că o va ajuta să atingă acest obiectiv, ci și să deschidă calea pentru un set complet nou de studii antimaterie, inclusiv perspectiva de a produce un laser cu raze gamma care să permită cercetătorilor să privească în interiorul nucleului atomic și să aibă aplicații dincolo de fizică.

Pentru a crea antihidrogen (un pozitron care orbitează un antiproton), AEgIS direcționează un fascicul de pozitroniu (un electron care orbitează în jurul unui pozitron) într-un nor de antiprotoni produs și încetinit în Fabrica de Antimaterie. Atunci când un antiproton și pozitroniul se întâlnesc în norul antiproton, pozitroniul renunță la poziția sa față de antiproton, formând un antihidrogen.

Producerea de antihidrogen în acest fel înseamnă că AEgIS poate studia și pozitroniul, un sistem de antimaterie în el. drept propriu care este investigat prin experimente în întreaga lume.

Pozitroniul are o durată de viață foarte scurtă, anihilându-se în raze gamma în 142 de miliarde de secundă. Cu toate acestea, deoarece cuprinde doar două particule punctiforme, electronul și omologul său de antimaterie, „este un sistem perfect pentru a face experimente”, spune purtătorul de cuvânt al AEgIS, Ruggero Caravita, „cu condiția ca, printre alte provocări experimentale, o probă de pozitroniu. poate fi răcit suficient pentru a o măsura cu mare precizie.”

Aceasta este isprava realizată de echipa AEgIS. Prin aplicarea tehnicii de răcire cu laser la o probă de pozitroniu, colaborarea a reușit deja să reducă la mai mult de jumătate temperatura probei de la 380 la 170 de grade Kelvin. În experimentele ulterioare, echipa își propune să spargă bariera de 10 grade Kelvin.

Răcirea cu laser a pozitroniului de către AEGIS deschide noi posibilități pentru cercetarea antimateriei. Acestea includ măsurători de înaltă precizie ale proprietăților și comportamentului gravitațional al acestui sistem exotic, dar simplu, materie-antimaterie, care ar putea dezvălui o nouă fizică. De asemenea, permite producerea unui condensat de pozitroniu Bose-Einstein, în care toți constituenții ocupă aceeași stare cuantică.

Un astfel de condensat a fost propus ca un candidat pentru a produce lumină coerentă de raze gamma prin intermediul materiei. anihilarea antimateriei a constituenților săi — lumină asemănătoare unui laser alcătuită din unde monocromatice care au o diferență de fază constantă între ele.

„Un condensat de antimaterie Bose-Einstein ar fi un instrument incredibil atât pentru cercetarea fundamentală, cât și pentru cea aplicată. , mai ales dacă a permis producerea de lumină gamma coerentă cu care cercetătorii ar putea privi în nucleul atomic”, spune Caravita.

Răcirea cu laser, care a fost aplicată pentru prima dată atomilor de antimaterie aproximativ trei ani. în urmă, funcționează prin încetinirea atomilor bit cu bit cu fotonii laser pe parcursul mai multor cicluri de absorbție și emisie de fotoni. Acest lucru se face în mod normal folosind un laser de bandă îngustă, care emite lumină cu un interval mic de frecvență. În schimb, echipa AEgIS folosește un laser de bandă largă în studiul lor.

„Un laser de bandă largă răcește nu doar o mică, ci o parte mare a probei de pozitroniu”, explică Caravița. „Mai mult, am efectuat experimentul fără a aplica niciun câmp electric sau magnetic extern, simplificând configurația experimentală și extinzând durata de viață a pozitroniului.”

Colaborarea AEgIS împărtășește realizarea de răcire cu laser cu pozitroniu cu un echipă independentă, care a folosit o tehnică diferită și și-a postat rezultatul pe serverul de preprintare arXiv în aceeași zi cu AEgIS.

(Fluierul)