U nedavnoj studiji, AEgIS sustav pod Europskim centrom za nuklearna istraživanja (CERN) uspješnolaserski hlađeni pozitronijevi ioni, čineći važan korak prema sustavu materije i antimaterije koji emitira gama zrake poput lasera.
Rezultati ovog eksperimenta ne samo da pružaju snažnu potporu visokopreciznom ispitivanju padaju li antimaterija i materija na Zemlju na isti način, nego također utiru put za čitav niz novih istraživanja antimaterije, uključujući mogućnost proizvodnje gama zraka laseri.
Sustav Aegis (AEgIS) jedan je od nekoliko eksperimenata koji proizvode i proučavaju antivodikove atome u CERN-ovoj Tvornici antimaterije, čiji je cilj ispitati s visokom preciznošću padaju li i antimaterija i materija na Zemlju na isti način.
U radu nedavno objavljenom u Physical Review Letters, suradnja AEgIS-a izvješćuje o eksperimentalnom pothvatu koji ne samo da pomaže u postizanju ovog cilja, već i utire put cijelom novom nizu istraživanja antimaterije, uključujući mogućnost proizvodnje lasera gama zraka , što bi istraživačima omogućilo uvid u jezgru atoma iznutra i imalo primjenu izvan fizike.
Cilj AEgIS-a, jednog od nekoliko eksperimenata u CERN-ovoj Tvornici antimaterije, je proučavanje prirode antivodikovih atoma. Kako bi stvorio antivodik (pozitron koji se vrti oko antiprotona), AEgIS usmjerava snop pozitrona (elektron koji se vrti oko pozitrona) u oblak antiprotona koji stvara i usporava Tvornica antimaterije. Kada se antiproton i pozitron sretnu u antiprotonskom oblaku, pozitron predaje svoj pozitron antiprotonu, što rezultira stvaranjem antivodika.
Ovaj proces omogućuje AEgIS-u proučavanje pozitrona, sustava antimaterije koji je zanimljiv jer sadrži samo dvije točkaste čestice - elektron i njegovu antimateriju.
Međutim, pozitron ima iznimno kratak životni vijek od 142 milijarde sekunde i zatim se anihilira u gama zrake. Za proučavanje ove kratkotrajne čestice, tim AEgIS-a uspješno je primijenio tehnike laserskog hlađenja na uzorku pozitrona.
Ovo je podvig koji je postigao AEgIS tim. Primjenom laserskog hlađenja uzorka pozitrona, uspjeli su smanjiti temperaturu uzorka s 380 stupnjeva Celzijusa na 170 stupnjeva Celzijusa, što je više od pola smanjenja. Ovaj podvig daje čvrstu osnovu za naredne eksperimente, a cilj tima je dodatno smanjiti temperaturu ispod 10 Kelvina.
Uspjeh laserski hlađenih pozitrona otvara nove mogućnosti za istraživanje antimaterije. Prvo, omogućio je visoko precizna mjerenja sustava materija-antimaterija, pomažući u otkrivanju nove fizike. Drugo, tehnika je također omogućila istraživačima da proizvedu pozitronske Bose-Einsteinove kondenzate, koji su kondenzati u kojima sve komponente zauzimaju isto kvantno stanje. Smatra se da su takvi kondenzati kandidati za generiranje koherentnog svjetla gama zraka, za koje se očekuje da će omogućiti istraživačima da zavire u unutrašnjost atomskih jezgri.
"Ako Bose-Einsteinov kondenzat antimaterije može proizvesti koherentnu svjetlost gama zraka, bit će to neizmjerno moćan alat u polju temeljnih i primijenjenih istraživanja, omogućujući 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. Temeljni princip leži u postupnom usporavanju atoma kroz ciklički proces apsorpcije i emisije fotona, koji se uglavnom ostvaruje uskopojasnim laserima koji emitiraju svjetlost u malom frekvencijskom rasponu. Međutim, tim AEgIS-a koristio je jedinstvenu širokopojasnu lasersku tehnologiju u svom istraživanju.
Ruggero Caravita dalje objašnjava: "Prednost širokopojasne laserske tehnike je u tome što može učinkovito ohladiti ne samo mali uzorak pozitrona, već i puno veći uzorak pozitrona. Osim toga, nismo koristili nikakva vanjska električna ili magnetska polja tijekom eksperiment, koji ne samo da pojednostavljuje eksperimentalne postavke, već i produljuje životni vijek pozitrona."
AEgIS Collaboration podijelio je svoje rezultate istraživanja o hlađenju pozitronskim laserom s neovisnim timovima koji koriste različite tehnike, te je istog dana objavio ovaj važan rezultat na arXiv poslužitelju za preprint za referencu i informacije istraživačima širom svijeta.
