دانشمندان برای اولین بار با موفقیت یون های پوزیترونیوم را با لیزر خنک کردند!

در یک مطالعه اخیر، سیستم AEgIS تحت مرکز تحقیقات هسته‌ای اروپا (CERN) با موفقیت یون‌های پوزیترونیوم را با لیزر خنک کرد و گام مهمی را به سمت سیستم ماده-ضد ماده که پرتوهای گامای لیزر مانند ساطع می‌کند، برداشت.
نتایج این آزمایش نه تنها پشتیبانی قوی برای آزمایش با دقت بالا در مورد اینکه آیا پادماده و ماده به طور یکسان به زمین می افتند یا خیر، فراهم می کند، بلکه راه را برای طیف جدیدی از تحقیقات ضد ماده، از جمله امکان تولید پرتو گاما هموار می کند. لیزرها
سیستم Aegis (AEgIS) یکی از چندین آزمایش تولید و مطالعه اتم های ضد هیدروژن در کارخانه ضد ماده سرن است که هدف آن آزمایش با دقت بالا است که آیا پادماده و ماده هر دو به یک شکل به زمین می افتند یا خیر.
در مقاله ای که اخیراً در Physical Review Letters منتشر شده است، همکاری AEgIS در مورد یک شاهکار تجربی گزارش می دهد که نه تنها به دستیابی به این هدف کمک می کند، بلکه راه را برای طیف کاملاً جدیدی از تحقیقات ضد ماده، از جمله چشم انداز تولید لیزرهای پرتو گاما هموار می کند. که به محققان اجازه می دهد تا هسته اتم را در داخل ببینند و کاربردهایی فراتر از فیزیک داشته باشند.
هدف AEgIS، یکی از چندین آزمایش در کارخانه ضد ماده سرن، مطالعه خواص اتم های ضد هیدروژن است. برای ایجاد ضدهیدروژن (پوزیترونی که به دور یک پاد پروتون می چرخد)، AEgIS پرتوی از پوزیترون (الکترونی که به دور یک پوزیترون می چرخد) را به ابری از پادپروتون ها هدایت می کند که توسط کارخانه ضد ماده ایجاد و کاهش می یابد. هنگامی که یک پاد پروتون و یک پوزیترون در ابر ضد پروتون به هم می رسند، پوزیترون پوزیترون خود را به پاد پروتون می دهد و در نتیجه آنتی هیدروژن تشکیل می شود.
این فرآیند به AEgIS اجازه می دهد تا پوزیترون را مطالعه کند، یک سیستم ضد ماده که مورد توجه است زیرا فقط دو ذره نقطه ای دارد - الکترون و پادماده آن.
با این حال، پوزیترون عمر بسیار کوتاهی معادل 142 میلیاردم ثانیه دارد و متعاقباً به پرتوهای گاما تبدیل می شود. برای مطالعه این ذره کوتاه مدت، تیم AEgIS با موفقیت تکنیک های خنک کننده لیزری را برای نمونه ای از پوزیترون ها به کار برد.
این موفقیتی است که توسط تیم AEgIS انجام شده است. آنها با اعمال خنک کننده لیزری بر روی یک نمونه پوزیترون، موفق شدند دمای نمونه را از 380 درجه سانتیگراد به 170 درجه سانتیگراد کاهش دهند که این کاهش بیش از نصف است. این شاهکار پایه محکمی برای آزمایش‌های بعدی فراهم می‌کند و هدف تیم کاهش بیشتر دما به زیر 10 کلوین است.
موفقیت پوزیترون های خنک شده با لیزر، فرصت های جدیدی را برای تحقیقات ضد ماده باز می کند. اول، اندازه‌گیری‌های دقیق سیستم‌های ماده-ضد ماده را امکان‌پذیر کرده است و به کشف فیزیک جدید کمک می‌کند. دوم، این تکنیک همچنین محققان را قادر به تولید میعانات پوزیترونیک بوز-انیشتین کرده است، که میعاناتی هستند که در آن همه اجزای آن حالت کوانتومی یکسانی را اشغال می کنند. تصور می‌شود که چنین میعاناتی کاندیدای تولید نور پرتو گامای منسجم هستند که انتظار می‌رود نگاهی به درون هسته‌های اتمی برای محققان فراهم کند.
اگر چگالش ضد ماده بوز-اینشتین بتواند نور پرتو گامای منسجمی تولید کند، ابزار بسیار قدرتمندی در زمینه تحقیقات پایه و کاربردی خواهد بود که به محققان این امکان را می‌دهد تا بینشی در مورد اسرار هسته‌های اتمی به دست آورند. روگرو کاراویتا گفت.
به یاد بیاورید که فناوری خنک کننده لیزری برای اولین بار سه سال پیش برای اتم های پادماده استفاده شد. اصل اصلی در کند شدن تدریجی اتم ها از طریق فرآیند حلقوی جذب و گسیل فوتون است که عمدتاً توسط لیزرهای باند باریک که نور را در محدوده فرکانسی کوچک ساطع می کنند تحقق می یابد. با این حال، تیم AEgIS از یک فناوری لیزر پهن باند منحصر به فرد در تحقیقات خود استفاده کرد.
روگرو کاراویتا توضیح می دهد: "مزیت تکنیک لیزر باند پهن این است که می تواند به طور موثر نه تنها نمونه کوچکی از پوزیترون ها، بلکه نمونه بسیار بزرگتری از پوزیترون ها را خنک کند. علاوه بر این، ما از هیچ میدان الکتریکی یا مغناطیسی خارجی استفاده نکردیم. آزمایشی که نه تنها تنظیمات آزمایشی را ساده می‌کند، بلکه طول عمر پوزیترون‌ها را نیز افزایش می‌دهد."
همکاری AEgIS نتایج تحقیقات خود را در مورد خنک‌سازی لیزر پوزیترون با تیم‌های مستقل با استفاده از تکنیک‌های مختلف به اشتراک گذاشته است و در همان روز این نتیجه مهم را برای مرجع و اطلاعات محققان در سراسر جهان در سرور preprint arXiv منتشر کرده است.