Root NationНовиниНовини ITФізики зробили прорив, вперше охолодивши позитроній лазером

Фізики зробили прорив, вперше охолодивши позитроній лазером

-

Команди фізиків з ЦЕРНу та Токійського університету зробили значний крок уперед до розуміння нестабільної, короткоживучої частинки. За допомогою лазера, розробленого відповідно до специфікацій експерименту, учасникам колаборації AEgIS вдалося знизити температуру хмари позитронія більш ніж наполовину. Ця колекція екзотичних частинок складається лише з електрона та його античастинки – позитрона.

Фізики зробили прорив, вперше охолодивши позитроній лазером

Тим часом, команда Дослідницької організації прискорювачів високих енергій в Японії на чолі з фізиком Кенджі Шу з Токійського університету знизила температуру хмари позитронію до близько одного кельвіна (-272 °C), ефективно зменшивши загальну швидкість і розподіл швидкостей електронів і позитронів.

Позитрон – найлегша з відомих систем частинок, і вона надзвичайно нестабільна. Матерія та антиматерія анігілюють одна одну, причому дуже зручно, випльовуючи спалах випромінювання. Позитрон знищує себе за 142 мільярдні частки секунди, зникаючи у спалаху гамма-променів. Крім того, коли позитроній утворюється в хмарах, необхідних для експериментальних досліджень, він рухається з величезним діапазоном швидкостей, що робить його дуже складним для виявлення. Один із способів розв’язати цю проблему – охолодити позитроній. Це сповільнило б його частинки, що дозволило б проводити точніші вимірювання його властивостей.

The AEgIS experiment

Але це легше сказати, ніж зробити. Гази можна сповільнити кількома способами, але багато методів вимагають часу, наприклад, видалення енергійншиіх частинок, щоб розподіл швидкостей мав тенденцію до повільних. Лазерне охолодження – це метод зниження температури, заснований на поглинанні та випромінюванні частинками фотонів. Коли частинка поглинає фотон, вона отримує енергію;, коли вона випромінює фотон, вона втрачає енергію.

Якщо лазерне світло спрямувати вздовж шляху вхідних частинок, ці частинки поглинатимуть фотон і випромінюватимуть його у випадковому напрямку, що змінить їхній імпульс і сповільнить їхню швидкість. Але довжина хвилі лазерного світла повинна бути налаштована на енергетичний рівень частинки. Вчені вперше запропонували метод лазерного охолодження позитронія кілька десятиліть тому, у 1988 році. Досягти цього вдалося лише зараз.

The AEgIS

Використовуючи різні методи лазерного охолодження, двом незалежним командам вдалося зменшити розподіл швидкостей своїх зразків і охолодити їх. Використовуючи широкосмугове лазерне охолодження, яке націлене на широкий розподіл швидкостей, AEgIS вдалося знизити температуру свого зразка з 106 °C до -103 °C – зниження більш ніж удвічі. Тим часом команда Шу використала чирп-охолодження – яке полягає в регулюванні лазера відповідно до уповільнення частинок – щоб зменшити розподіл руху частинок у власному зразку.

Існує багато причин хотіти вивчати антиматерію. Одна з головних – з’ясувати, куди вона поділася. Коли утворився Всесвіт, у ньому мала бути рівна кількість матерії та антиматерії, але зараз їхній розподіл явно не є рівним (і це чудова новина для нас, бо інакше Всесвіт, ймовірно, був би вичерпаний). Знання того, чи завжди антиматерія поводиться так само як і матерія, допомогло б знайти кілька ключів до розгадки цієї таємниці.

Фізики також хочуть створити конденсат Бозе-Ейнштейна з позитронія. Це коли хмару частинок охолоджують до температури трохи вище абсолютного нуля, в результаті чого утворюється хмара частинок високої щільності, яка діє як одна суперчастинка. Фізики вважають, що позитронієвий конденсат Бозе-Ейнштейна можна використовувати для генерації когерентного гамма-випромінювання завдяки самознищенню позитронія всередині. Це потужний інструмент, який може бути використаний для розкриття найтоншої структури атомів, з яких складається Всесвіт.

“Конденсат антиматерії Бозе-Ейнштейна був би неймовірним інструментом як для фундаментальних, так і для прикладних досліджень, – пояснює представник AEgIS Руджеро Каравіта з ЦЕРН, – особливо якби він дозволяв виробляти когерентне гамма-випромінювання, за допомогою якого дослідники могли б зазирнути в атомне ядро”.

Читайте також:

Джерелоsciencealert
Підписатися
Сповістити про
guest

0 Comments
Вбудовані Відгуки
Переглянути всі коментарі