הקפאת אטומי פוזיטרון עם לייזרים כדי לפתוח את סודות האנטי-חומר

החוקרים קיררו בהצלחה אטומי פוזיטרוניום, והשפיעו באופן משמעותי על מחקר אנטי-חומר ואיפשרו ניסויים חדשים באלקטרודינמיקה קוונטית ובפוטנציאל לקונדנסט אנטי-חומר של Bose-Instein.

שיתוף הפעולה הבינלאומי של AEGIS (ניסוי אנטי-חומר: כוח משיכה, אינטרפרומטריה, ספקטרוסקופיה) ב- CERNשבה משתתף פרופ' ג'ובאני קונסולטי מהמחלקה למדע וטכנולוגיה אווירית וחלל מטעם ה-Politecnico di Milano, הדגים בניסוי, לראשונה, קירור לייזר פוזיטרוניום (Ps) באמצעות מערכת לייזר מסוימת (מבוססת אלכסנדריט), במיוחד פותח כדי לעמוד בדרישות הקירור: עוצמה גבוהה, רוחב פס גדול ומשך זמן רב של הדופק.

הטמפרטורה המקבילה של אטומי Ps היוצאים ממטרה נקבובית (בטמפרטורת החדר) שנפגעה על ידי קרן פוזיטרונים ירדה מ-380 K ל-170 K, המקביל לירידה של הרכיב הרוחבי של מהירות rms Ps מ-54 ק"מ לשנייה ל-37 ק"מ. /s.

הטבע הייחודי של פוזיטרון

Ps הוא אח קטן של מימן, כאשר פוזיטרון מחליף את הפרוטון. כתוצאה מכך, הוא קל יותר ממימן בערך בפקטור 2000 ורמות האנרגיה מופחתות בפקטור 2. הוא לא יציב: בוואקום ובמצב הקרקע, עם ספינים מקבילים של שני החלקיקים, הוא משמיד עם אורך חיים של 142 בלבד ns. קירור Ps צריך להתרחש במהלך אורך החיים הקצר שלו וזה הופך את התהליך למאתגר כל כך ביחס לאטומים רגילים. לשימוש בלייזר פועם ברוחב פס גדול יש יתרון של קירור חלק גדול מענן הפוזיטרון תוך הגדלת אורך החיים האפקטיבי שלהם, וכתוצאה מכך גם למספר גבוה יותר של Ps לאחר קירור לניסויים נוספים.

השלכות על מחקר אנטי-חומר

במקרה של ניסוי AEgIS, שמטרתו למדוד את תאוצת הכבידה של אנטי-מימן (כמבחן של עקרון השקילות החלשה לאנטי-חומר), האחרון הזה מתקבל באמצעות תגובה בין Ps במצב נרגש לבין אנטי-פרוטונים לכודים. ככל שמהירות Ps נמוכה יותר כך ההסתברות להיווצרות אנטי מימן גבוהה יותר, ומכאן החשיבות לייצר Ps עם האנרגיה הקינטית הנמוכה ביותר האפשרית.

קידום מדע בסיסי ויישומים פוטנציאליים

זמינות של אטומי Ps 'קרים' מספיק היא בעלת חשיבות עליונה עבור מדע בסיסי, למשל ספקטרוסקופיה מדויקת של רמות אנרגיה נרגשות של Ps המאפשרת בדיקה של אלקטרודינמיקה קוונטית בדיוק חסר תקדים, או בדיקת עקרון השקילות עם מערכת לפטון גרידא.

יתרה מזאת, האפשרות להקים אנסמבל של אטומי Ps קרים יכולה לסלול את הדרך לעיבוי אנטי-חומר Bose-Einstein הראשון (BEC, שכבר הושג על ידי קירור לייזר אטומים רגילים), מצב שבו תופעות מכניות קוונטיות מתבטאות בצורה מקרוסקופית. פוזיטרוניום BEC יגרום להשמדה מגורה, שהוצעה כדרך לייצר קרינה אלקטרומגנטית קוהרנטית בטווח של אנרגיות קרני גמא.

התוצאה פורסמה ב מכתבי סקירה פיזית כפי ש גולת הכותרת של העורך.