V nedávné studii systém AEgIS pod Evropským centrem pro jaderný výzkum (CERN) úspěšnělaserem chlazené pozitroniové ionty, čímž učinili důležitý krok směrem k systému hmota-antihmota, který vysílá gama záření podobné laseru.
Výsledky tohoto experimentu poskytují nejen silnou podporu pro vysoce přesné testování toho, zda antihmota a hmota dopadají na Zemi stejným způsobem, ale také připravují cestu pro zcela novou řadu výzkumu antihmoty, včetně možnosti produkce gama záření. lasery.
Systém Aegis (AEgIS) je jedním z několika experimentů produkujících a studujících anti-vodíkové atomy v továrně na antihmotu CERN, jehož cílem je s vysokou přesností otestovat, zda antihmota a hmota dopadají na Zemi stejným způsobem.
V článku nedávno publikovaném v Physical Review Letters, AEgIS spolupráce informuje o experimentálním výkonu, který nejen pomáhá dosáhnout tohoto cíle, ale také připravuje cestu pro zcela novou řadu výzkumu antihmoty, včetně vyhlídky na výrobu gama laserů. , která by výzkumníkům umožnila nahlédnout do jádra atomu uvnitř a mít aplikace i mimo fyziku.
Cílem AEgIS, jednoho z několika experimentů v továrně na antihmotu CERN, je studovat povahu atomů proti vodíku. Aby se vytvořil anti-vodík (pozitron rotující kolem antiprotonu), AEgIS nasměruje paprsek pozitronů (elektron rotující kolem pozitronu) do oblaku antiprotonů vytvořených a zpomalených továrnou na antihmotu. Když se antiproton a pozitron setkají v antiprotonovém oblaku, pozitron předá svůj pozitron antiprotonu, což má za následek tvorbu anti-vodíku.
Tento proces umožňuje AEgIS studovat pozitron, systém antihmoty, který je zajímavý, protože obsahuje pouze dvě bodové částice – elektron a jeho antihmotu.
Pozitron má však extrémně krátkou životnost 142 miliardtin sekundy a následně anihiluje na gama záření. Ke studiu této částice s krátkou životností tým AEgIS úspěšně aplikoval techniky chlazení laserem na vzorek pozitronů.
Tohoto úspěchu dosáhl tým AEgIS. Aplikací laserového chlazení na pozitronový vzorek se jim podařilo snížit teplotu vzorku z 380 stupňů Celsia na 170 stupňů Celsia, což je snížení o více než polovinu. Tento výkon poskytuje pevný základ pro následné experimenty a tým si klade za cíl dále snížit teplotu pod 10 Kelvinů.
Úspěch laserem chlazených pozitronů otevírá nové možnosti pro výzkum antihmoty. Za prvé, umožnila vysoce přesná měření systémů hmota-antihmota, což pomáhá odhalit novou fyziku. Za druhé, tato technika také umožnila výzkumníkům produkovat pozitronové Bose-Einsteinovy kondenzáty, což jsou kondenzáty, ve kterých všechny složky zaujímají stejný kvantový stav. Předpokládá se, že takové kondenzáty jsou kandidáty na generování koherentního gama světla, od kterého se očekává, že umožní výzkumníkům nahlédnout do atomových jader.
"Pokud je Bose-Einsteinův kondenzát antihmoty schopen produkovat koherentní gama světlo, bude to nesmírně mocný nástroj na poli základního i aplikovaného výzkumu, který umožní výzkumníkům nahlédnout do záhad atomových jader." řekl Ruggero Caravita.
Připomeňme, že technologie laserového chlazení byla poprvé aplikována na atomy antihmoty před třemi lety. Základní princip spočívá v postupném zpomalování atomů prostřednictvím cyklického procesu absorpce a emise fotonů, což je realizováno především úzkopásmovými lasery emitujícími světlo v malém frekvenčním rozsahu. Tým AEgIS však při výzkumu využil unikátní širokopásmovou laserovou technologii.
Ruggero Caravita dále vysvětluje: "Výhodou širokopásmové laserové techniky je, že dokáže efektivně chladit nejen malý vzorek pozitronů, ale i mnohem větší vzorek pozitronů. Navíc jsme během experiment, který nejen zjednodušuje experimentální nastavení, ale také prodlužuje životnost pozitronů."
AEgIS Collaboration sdílela své výsledky výzkumu pozitronového laserového chlazení s nezávislými týmy používajícími různé techniky a ve stejný den zveřejnila tento důležitý výsledek na předtiskovém serveru arXiv pro referenci a informace výzkumníků z celého světa.
