Bilim İnsanları Pozitronyum İyonlarını İlk Defa Lazerle Başarıyla Soğuttu!

Yakın zamanda yapılan bir çalışmada, Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi (CERN) altındaki AEgIS sistemi, pozitronyum iyonlarını başarıyla lazerle soğutarak, lazer benzeri gama ışınları yayan bir madde-antimadde sistemine doğru önemli bir adım attı.
Bu deneyin sonuçları, yalnızca antimadde ve maddenin Dünya'ya aynı şekilde düşüp düşmediğine ilişkin yüksek hassasiyetli testlere güçlü bir destek sağlamakla kalmıyor, aynı zamanda gama ışını üretme olasılığı da dahil olmak üzere tamamen yeni bir antimadde araştırması aralığının önünü açıyor. lazerler.
Aegis Sistemi (AEgIS), CERN'in Antimadde Fabrikasında anti-hidrojen atomları üreten ve inceleyen çeşitli deneylerden biridir. Amacı antimadde ve maddenin Dünya'ya aynı şekilde düşüp düşmediğini yüksek hassasiyetle test etmektir.
Yakın zamanda Physical Review Letters'da yayınlanan bir makalede, AEgIS işbirliği yalnızca bu hedefe ulaşmaya yardımcı olmakla kalmayıp aynı zamanda gama ışını lazerleri üretme olasılığı da dahil olmak üzere tamamen yeni bir antimadde araştırma yelpazesinin önünü açan deneysel bir başarıyı rapor ediyor. Bu, araştırmacıların içerideki bir atomun çekirdeğini görmesine ve fiziğin ötesinde uygulamalara sahip olmasına olanak tanıyacak.
CERN'in Antimadde Fabrikasındaki çeşitli deneylerden biri olan AEgIS'in amacı, anti-hidrojen atomlarının özelliklerini incelemektir. Anti-hidrojen (bir antiprotonun etrafında dönen bir pozitron) oluşturmak için AEgIS, bir pozitron ışınını (bir pozitronun etrafında dönen bir elektron) Antimadde Fabrikası tarafından oluşturulan ve yavaşlatılan bir antiproton bulutuna yönlendirir. Bir antiproton ve bir pozitron antiproton bulutunda buluştuğunda, pozitron pozitronunu antiprotona verir ve antihidrojen oluşumuna neden olur.
Bu süreç, AEgIS'in yalnızca iki nokta parçacığı (elektron ve onun antimaddesi) içermesi nedeniyle ilgi çekici bir antimadde sistemi olan pozitronu incelemesine olanak tanıyor.
Ancak pozitronun saniyenin 142 milyarda biri gibi son derece kısa bir ömrü vardır ve ardından gama ışınlarına dönüşerek yok olur. Bu kısa ömürlü parçacığı incelemek için AEgIS ekibi, lazer soğutma tekniklerini bir pozitron örneğine başarıyla uyguladı.
Bu, AEgIS ekibinin başardığı bir başarıdır. Bir pozitron numunesine lazer soğutma uygulayarak numunenin sıcaklığını 380 santigrat dereceden 170 santigrat dereceye düşürmeyi başardılar; bu da yarıdan fazla bir azalma anlamına geliyor. Bu başarı, sonraki deneyler için sağlam bir temel sağlıyor ve ekip, sıcaklığı daha da 10 Kelvin'in altına düşürmeyi hedefliyor.
Lazerle soğutulan pozitronların başarısı, antimadde araştırmaları için yeni olasılıkların önünü açıyor. Birincisi, madde-antimadde sistemlerinin yüksek hassasiyetli ölçümlerini mümkün kılarak yeni fiziğin ortaya çıkmasına yardımcı oldu. İkincisi, teknik aynı zamanda araştırmacıların, tüm bileşenlerin aynı kuantum durumunu işgal ettiği yoğunlaşmalar olan pozitronik Bose-Einstein yoğunlaşmaları üretmesine de olanak sağladı. Bu tür yoğunlaşmaların tutarlı gama ışını ışığı üretmeye aday olduğu düşünülüyor ve bu ışığın araştırmacılara atom çekirdeğinin içine bir bakış sunması bekleniyor.
"Eğer Bose-Einstein antimadde yoğunlaşması tutarlı gama ışını ışığı üretebilirse, temel ve uygulamalı araştırma alanında son derece güçlü bir araç olacak ve araştırmacıların atom çekirdeğinin gizemlerine dair içgörü kazanmalarına olanak tanıyacak." Ruggero Caravita dedi.
Lazer soğutma teknolojisinin antimadde atomlarına ilk kez üç yıl önce uygulandığını hatırlayın. Temel prensip, esas olarak küçük bir frekans aralığında ışık yayan dar bant lazerler tarafından gerçekleştirilen, döngüsel bir foton soğurma ve emisyon süreci yoluyla atomların kademeli olarak yavaşlatılmasında yatmaktadır. Ancak AEgIS ekibi araştırmalarında benzersiz bir geniş bant lazer teknolojisi kullandı.
Ruggero Caravita ayrıca şöyle açıklıyor: "Geniş bant lazer tekniğinin avantajı, yalnızca küçük bir pozitron örneğini değil, aynı zamanda çok daha büyük bir pozitron örneğini de etkili bir şekilde soğutabilmesidir. Ayrıca, sırasında herhangi bir harici elektrik veya manyetik alan kullanmadık. Bu deney sadece deney düzeneğini basitleştirmekle kalmıyor, aynı zamanda pozitronların ömrünü de uzatıyor."
AEgIS İşbirliği, pozitron lazer soğutmaya ilişkin araştırma sonuçlarını farklı teknikler kullanarak bağımsız ekiplerle paylaştı ve aynı gün bu önemli sonucu dünya çapındaki araştırmacıların referansı ve bilgisi için arXiv ön baskı sunucusunda yayınladı.