U nedavnoj studiji, AEgIS sistem pod Evropskim centrom za nuklearna istraživanja (CERN) uspješno je uspiolaserski hlađeni joni pozitronijuma, čineći važan korak ka sistemu materija-antimaterija koji emituje gama zrake slične laseru.
Rezultati ovog eksperimenta ne samo da pružaju snažnu podršku za visoko precizno testiranje da li antimaterija i materija padaju na Zemlju na isti način, već i utiru put za čitav niz novih istraživanja antimaterije, uključujući mogućnost proizvodnje gama zraka laseri.
Sistem Aegis (AEgIS) je jedan od nekoliko eksperimenata koji proizvode i proučavaju atome antivodika u CERN-ovoj fabrici antimaterije, čiji je cilj da se sa velikom preciznošću testira da li i antimaterija i materija padaju na Zemlju na isti način.
U članku koji je nedavno objavljen u Physical Review Letters, AEgIS suradnja izvještava o eksperimentalnom podvigu koji ne samo da pomaže u postizanju ovog cilja, već i utire put za čitav niz novih istraživanja antimaterije, uključujući mogućnost proizvodnje lasera gama zraka. , što bi omogućilo istraživačima da vide unutrašnju jezgru atoma i imaju primjenu izvan fizike.
Cilj AEgIS-a, jednog od nekoliko eksperimenata u CERN-ovoj tvornici antimaterije, je proučavanje prirode atoma vodonika. Da bi stvorio antivodonik (pozitron koji se vrti oko antiprotona), AEgIS usmjerava snop pozitrona (elektron koji se vrti oko pozitrona) u oblak antiprotona koji stvara i usporava Fabrika antimaterije. Kada se antiproton i pozitron sretnu u antiprotonskom oblaku, pozitron predaje svoj pozitron antiprotonu, što rezultira stvaranjem antivodika.
Ovaj proces omogućava AEgIS-u da proučava pozitron, sistem antimaterije koji je od interesa jer sadrži samo dvije tačkaste čestice - elektron i njegovu antimateriju.
Međutim, pozitron ima izuzetno kratak životni vek od 142 milijarditi deo sekunde i nakon toga se uništava u gama zrake. Da bi proučio ovu kratkotrajnu česticu, AEgIS tim je uspješno primijenio tehnike laserskog hlađenja uzorka pozitrona.
Ovo je podvig koji je postigao AEgIS tim. Primenom laserskog hlađenja na pozitronski uzorak, uspeli su da smanje temperaturu uzorka sa 380 stepeni Celzijusa na 170 stepeni Celzijusa, što je smanjenje za više od polovine. Ovaj podvig pruža čvrstu osnovu za naredne eksperimente, a tim ima za cilj dalje smanjenje temperature na ispod 10 Kelvina.
Uspjeh laserski hlađenih pozitrona otvara nove mogućnosti za istraživanje antimaterije. Prvo, omogućio je visoko precizna mjerenja sistema materija-antimaterija, pomažući u otkrivanju nove fizike. Drugo, tehnika je takođe omogućila istraživačima da proizvedu pozitronske Bose-Einstein kondenzate, koji su kondenzati u kojima sve komponente zauzimaju isto kvantno stanje. Smatra se da su takvi kondenzati kandidati za generiranje koherentne gama-zrake svjetlosti, za koju se očekuje da će istraživačima pružiti pogled u unutrašnjost atomskih jezgara.
"Ako Bose-Einsteinov kondenzat antimaterije bude u stanju da proizvede koherentnu gama-zračenje, to će biti izuzetno moćno oruđe u polju osnovnih i primijenjenih istraživanja, omogućavajući istraživačima da steknu uvid u misterije atomskih jezgri." rekao je Ruggero Caravita.
Podsjetimo da je tehnologija laserskog hlađenja prvi put primijenjena na atome antimaterije prije tri godine. Osnovni princip leži u postepenom usporavanju atoma kroz ciklički proces apsorpcije i emisije fotona, koji se uglavnom ostvaruje pomoću uskopojasnih lasera koji emituju svjetlost u malom frekvencijskom rasponu. Međutim, AEgIS tim je u svom istraživanju koristio jedinstvenu širokopojasnu lasersku tehnologiju.
Ruggero Caravita dalje objašnjava: "Prednost širokopojasne laserske tehnike je u tome što može efikasno hladiti ne samo mali uzorak pozitrona, već i mnogo veći uzorak pozitrona. Osim toga, nismo koristili nikakva vanjska električna ili magnetna polja tokom eksperiment, koji ne samo da pojednostavljuje eksperimentalnu postavku već i produžava životni vijek pozitrona."
AEgIS Collaboration je podijelila svoje rezultate istraživanja o hlađenju pozitronskim laserom sa nezavisnim timovima koji koriste različite tehnike, i istog dana objavila ovaj važan rezultat na arXiv preprint serveru za referencu i informacije istraživačima širom svijeta.
