В недавнем исследовании система AEgIS Европейского центра ядерных исследований (ЦЕРН) успешноионы позитрония, охлажденные лазером, сделав важный шаг к созданию системы материи-антиматерии, которая излучает гамма-лучи, подобные лазерным.
Результаты этого эксперимента не только обеспечивают надежную поддержку высокоточного тестирования того, падают ли антиматерия и материя на Землю одинаковым образом, но и открывают путь для совершенно нового диапазона исследований антиматерии, включая возможность получения гамма-излучения. лазеры.
Система Aegis (AEgIS) — один из нескольких экспериментов по созданию и изучению атомов антиводорода на Фабрике антивещества ЦЕРН, цель которого — проверить с высокой точностью, падают ли антиматерия и материя на Землю одинаковым образом.
В статье, недавно опубликованной в журнале Physical Review Letters, коллаборация AEgIS сообщает об экспериментальном подвиге, который не только помогает достичь этой цели, но и открывает путь для совершенно нового диапазона исследований антивещества, включая перспективу производства лазеров гамма-излучения. , что позволило бы исследователям заглянуть внутрь ядра атома и найти применение за пределами физики.
Целью AEgIS, одного из нескольких экспериментов на Фабрике антиматерии ЦЕРН, является изучение природы атомов антиводорода. Чтобы создать антиводород (позитрон, вращающийся вокруг антипротона), AEgIS направляет луч позитронов (электрон, вращающийся вокруг позитрона) в облако антипротонов, созданное и замедленное Фабрикой антиматерии. Когда антипротон и позитрон встречаются в облаке антипротонов, позитрон отдает свой позитрон антипротону, в результате чего образуется антиводород.
Этот процесс позволяет AEgIS изучать позитрон, систему антивещества, которая представляет интерес, поскольку содержит только две точечные частицы — электрон и его антивещество.
Однако позитрон имеет чрезвычайно короткое время жизни — 142 миллиардные доли секунды и впоследствии аннигилирует в гамма-лучи. Чтобы изучить эту короткоживущую частицу, команда AEgIS успешно применила методы лазерного охлаждения к образцу позитронов.
Это подвиг, совершенный командой AEgIS. Применив лазерное охлаждение к позитронному образцу, им удалось снизить температуру образца с 380 градусов Цельсия до 170 градусов Цельсия, то есть снижение более чем вдвое. Этот подвиг обеспечивает прочную основу для последующих экспериментов, и команда стремится еще больше снизить температуру до уровня ниже 10 Кельвинов.
Успех позитронов с лазерным охлаждением открывает новые возможности для исследования антиматерии. Во-первых, это сделало возможным высокоточные измерения систем материи-антивещества, помогая раскрыть новую физику. Во-вторых, этот метод также позволил исследователям получать позитронные конденсаты Бозе-Эйнштейна, то есть конденсаты, в которых все компоненты занимают одно и то же квантовое состояние. Считается, что такие конденсаты являются кандидатами на создание когерентного гамма-излучения, которое, как ожидается, позволит исследователям заглянуть внутрь атомных ядер.
«Если бозе-эйнштейновский конденсат антивещества сможет производить когерентный гамма-излучение, это станет чрезвычайно мощным инструментом в области фундаментальных и прикладных исследований, позволяющим исследователям проникнуть в тайны атомных ядер». Руджеро Каравита сказал.
Напомним, технология лазерного охлаждения впервые была применена к атомам антивещества три года назад. Основной принцип заключается в постепенном замедлении атомов посредством циклического процесса поглощения и испускания фотонов, который в основном реализуется узкополосными лазерами, излучающими свет в небольшом диапазоне частот. Однако в своих исследованиях команда AEgIS использовала уникальную широкополосную лазерную технологию.
Руджеро Каравита далее объясняет: «Преимущество метода широкополосного лазера состоит в том, что он может эффективно охлаждать не только небольшой образец позитронов, но и гораздо больший образец позитронов. Кроме того, мы не использовали никаких внешних электрических или магнитных полей во время эксперимент, который не только упрощает экспериментальную установку, но и продлевает время жизни позитронов».
Коллаборация AEgIS поделилась результатами своих исследований по позитронному лазерному охлаждению с независимыми группами, использующими различные методы, и в тот же день разместила этот важный результат на сервере препринтов arXiv для справки и информации исследователей со всего мира.
