I en fersk studie har AEGIS-systemet under European Centre for Nuclear Research (CERN) vellykketlaserkjølte positroniumioner, tar et viktig skritt mot et materie-antimaterie-system som sender ut laserlignende gammastråler.
Resultatene av dette eksperimentet gir ikke bare sterk støtte for høypresisjonstesting av om antimaterie og materie faller til jorden på samme måte, men baner også vei for en helt ny rekke antimaterieforskning, inkludert muligheten for å produsere gammastråler lasere.
Aegis-systemet (AEgIS) er ett av flere eksperimenter som produserer og studerer anti-hydrogenatomer ved CERNs antimateriefabrikk, hvis mål er å teste med høy presisjon om både antimaterie og materie faller til jorden på samme måte.
I en artikkel som nylig ble publisert i Physical Review Letters, rapporterer AegIS-samarbeidet om en eksperimentell bragd som ikke bare bidrar til å nå dette målet, men som også baner vei for en helt ny rekke antimaterieforskning, inkludert utsiktene til å produsere gammastrålelasere , som ville tillate forskere å se inn i kjernen til et atom inne og ha applikasjoner utover fysikk.
Målet med AEGIS, ett av flere eksperimenter ved CERNs Antimatter Factory, er å studere naturen til antihydrogenatomer. For å lage anti-hydrogen (et positron som spinner rundt et antiproton), leder AEgIS en stråle av positroner (et elektron som spinner rundt et positron) inn i en sky av antiprotoner skapt og bremset ned av Antimateriefabrikken. Når et antiproton og et positron møtes i antiprotonskyen, gir positronet fra seg positronet sitt til antiprotonet, noe som resulterer i dannelsen av antihydrogen.
Denne prosessen gjør det mulig for AEGIS å studere positron, et antimateriesystem som er av interesse fordi det bare inneholder topunktspartikler – elektronet og dets antimaterie.
Imidlertid har positronet en ekstremt kort levetid på 142 milliarddeler av et sekund og utslettes deretter til gammastråler. For å studere denne kortlivede partikkelen, brukte AEGIS-teamet med suksess laserkjølingsteknikker på en prøve av positroner.
Dette er en bragd utført av AEGIS-teamet. Ved å bruke laserkjøling på en positronprøve, lyktes de med å redusere temperaturen på prøven fra 380 grader Celsius til 170 grader Celsius, en reduksjon på mer enn halvparten. Denne bragden gir et solid grunnlag for påfølgende eksperimenter, og teamet har som mål å redusere temperaturen ytterligere til under 10 Kelvin.
Suksessen til laserkjølte positroner åpner for nye muligheter for antimaterieforskning. For det første har det muliggjort høypresisjonsmålinger av materie-antimateriesystemer, og bidratt til å avsløre ny fysikk. For det andre har teknikken også gjort det mulig for forskere å produsere positron Bose-Einstein-kondensater, som er kondensater der alle komponenter opptar samme kvantetilstand. Slike kondensater antas å være kandidater for å generere koherent gammastrålelys, som forventes å gi forskerne en titt inn i atomkjerner.
"Hvis Bose-Einstein-kondensatet av antimaterie er i stand til å produsere koherent gammastrålelys, vil det være et uhyre kraftig verktøy innen grunnleggende og anvendt forskning, som lar forskere få innsikt i atomkjerners mysterier." Ruggero Caravita sa.
Husk at laserkjølingsteknologi først ble brukt på antimaterieatomer for tre år siden. Kjerneprinsippet ligger i den gradvise nedbremsingen av atomer gjennom en syklisk prosess med fotonabsorpsjon og emisjon, som hovedsakelig realiseres av smalbåndslasere som sender ut lys i et lite frekvensområde. AEGIS-teamet brukte imidlertid en unik bredbåndslaserteknologi i sin forskning.
Ruggero Caravita forklarer videre, "Fordelen med bredbåndslaserteknikken er at den effektivt kan kjøle ned ikke bare et lite utvalg av positroner, men også et mye større utvalg av positroner. I tillegg brukte vi ingen eksterne elektriske eller magnetiske felt under eksperimentet, som ikke bare forenkler det eksperimentelle oppsettet, men også forlenger levetiden til positronene."
AEGIS Collaboration har delt sine forskningsresultater om positronlaserkjøling med uavhengige team som bruker forskjellige teknikker, og samme dag lagt ut dette viktige resultatet på arXiv preprint-serveren for referanse og informasjon til forskere over hele verden.
