У недавньому дослідженні система AEgIS під керівництвом Європейського центру ядерних досліджень (CERN) успішноохолоджувані лазером іони позитронію, зробивши важливий крок до створення системи матерія-антиматерія, яка випромінює лазерні гамма-промені.
Результати цього експерименту не тільки надають потужну підтримку для високоточного тестування того, чи однаково падають антиматерія та матерія на Землю, але й прокладають шлях для цілого нового спектру досліджень антиматерії, включаючи можливість виробництва гамма-променів. лазери.
Система Aegis (AEgIS) — це один із кількох експериментів із виробництва та вивчення атомів антиводню на Фабриці антиматерії CERN, метою якого є перевірити з високою точністю, чи падають антиматерія та матерія на Землю однаково.
У статті, нещодавно опублікованій у Physical Review Letters, колаборація AEgIS повідомляє про експериментальний подвиг, який не тільки допомагає досягти цієї мети, але й прокладає шлях для цілого нового спектру досліджень антиматерії, включаючи перспективу виробництва гамма-лазерів. , що дозволить дослідникам зазирнути всередину ядра атома та матиме застосування за межами фізики.
Метою AEgIS, одного з кількох експериментів на Фабриці антиматерії CERN, є вивчення природи атомів антиводню. Щоб створити антиводень (позитрон, що обертається навколо антипротона), AEgIS направляє промінь позитронів (електрон, що обертається навколо позитрона) у хмару антипротонів, створену та сповільнену Фабрикою антиматерії. Коли антипротон і позитрон зустрічаються в антипротонній хмарі, позитрон віддає свій позитрон антипротону, що призводить до утворення антиводню.
Цей процес дозволяє AEgIS вивчати позитрон, систему антиматерії, яка представляє інтерес, оскільки містить лише дві точкові частинки – електрон і його антиматерію.
Однак позитрон має надзвичайно короткий час життя – 142 мільярдні частки секунди, і згодом анігілює в гамма-промені. Щоб вивчити цю короткоживучу частинку, команда AEgIS успішно застосувала методи лазерного охолодження до зразка позитронів.
Це подвиг, досягнутий командою AEgIS. Застосувавши лазерне охолодження зразка позитронів, їм вдалося знизити температуру зразка з 380 градусів за Цельсієм до 170 градусів за Цельсієм, тобто зниження більш ніж наполовину. Цей подвиг забезпечує міцну основу для подальших експериментів, і команда прагне ще більше знизити температуру до рівня нижче 10 Кельвінів.
Успіх позитронів з лазерним охолодженням відкриває нові можливості для дослідження антиматерії. По-перше, це стало можливим для високоточних вимірювань систем матерія-антиматерія, допомагаючи розкрити нову фізику. По-друге, ця техніка також дозволила дослідникам виробляти позитронні конденсати Бозе-Ейнштейна, які є конденсатами, у яких усі компоненти займають однаковий квантовий стан. Вважається, що такі конденсати є кандидатами на генерацію когерентного гамма-світла, яке, як очікується, дасть дослідникам змогу зазирнути всередину атомних ядер.
«Якщо Бозе-Ейнштейнівський конденсат антиматерії здатний виробляти когерентне гамма-світло, це стане надзвичайно потужним інструментом у сфері фундаментальних і прикладних досліджень, що дозволить дослідникам проникнути в таємниці атомних ядер». – сказав Руджеро Каравіта.
Нагадаємо, технологію лазерного охолодження вперше застосували до атомів антиматерії три роки тому. Основний принцип полягає в поступовому сповільненні атомів через циклічний процес поглинання та випромінювання фотонів, який в основному реалізується вузькосмуговими лазерами, які випромінюють світло в малому діапазоні частот. Однак команда AEgIS використовувала у своїх дослідженнях унікальну широкосмугову лазерну технологію.
Далі Руджеро Каравіта пояснює: «Перевага широкосмугового лазерного методу полягає в тому, що він може ефективно охолоджувати не тільки невеликий зразок позитронів, але й набагато більший зразок позитронів. Крім того, ми не використовували зовнішні електричні або магнітні поля під час експеримент, який не тільки спрощує експериментальну установку, але й подовжує час життя позитронів».
Співпраця AEgIS поділилася своїми результатами досліджень охолодження позитронного лазера з незалежними групами, використовуючи різні методи, і в той же день опублікувала цей важливий результат на сервері препринтів arXiv для довідки та інформації дослідників у всьому світі.
