Forskare har framgångsrikt laserkylda positroniumjoner för första gången!

I en nyligen genomförd studie har AEgIS-systemet under European Centre for Nuclear Research (CERN) framgångsrikt laserkylda positroniumjoner, vilket tar ett viktigt steg mot ett materia-antimateriasystem som sänder ut laserliknande gammastrålar.
Resultaten av detta experiment ger inte bara ett starkt stöd för högprecisionstestning av huruvida antimateria och materia faller till jorden på samma sätt, utan banar också väg för ett helt nytt utbud av antimateriaforskning, inklusive möjligheten att producera gammastrålning lasrar.
Aegis System (AEgIS) är ett av flera experiment som producerar och studerar anti-väteatomer vid CERNs Antimateria Factory, vars mål är att testa med hög precision om antimateria och materia båda faller till jorden på samma sätt.
I en artikel som nyligen publicerades i Physical Review Letters rapporterar AEGIS-samarbetet om en experimentell bedrift som inte bara bidrar till att uppnå detta mål, utan också banar väg för en helt ny rad antimateriaforskning, inklusive möjligheten att producera gammastrållasrar , vilket skulle tillåta forskare att se in i kärnan av en atom inuti och ha tillämpningar bortom fysik.
Målet med AEgIS, ett av flera experiment vid CERNs Antimateriafabrik, är att studera egenskaperna hos antiväteatomer. För att skapa antiväte (en positron som snurrar runt en antiproton), riktar AEgIS en stråle av positroner (en elektron som snurrar runt en positron) in i ett moln av antiprotoner som skapas och bromsas av Antimateriafabriken. När en antiproton och en positron möts i antiprotonmolnet, ger positronen upp sin positron till antiprotonen, vilket resulterar i bildandet av antiväte.
Denna process gör det möjligt för AEgIS att studera positron, ett antimateriasystem som är av intresse eftersom det bara innehåller tvåpunktspartiklar - elektronen och dess antimateria.
Positronen har dock en extremt kort livslängd på 142 miljarddelar av en sekund och förintas därefter till gammastrålar. För att studera denna kortlivade partikel tillämpade AEgIS-teamet framgångsrikt laserkylningstekniker på ett prov av positroner.
Detta är en bedrift som AEgIS-teamet har åstadkommit. Genom att applicera laserkylning på ett positronprov lyckades man sänka provets temperatur från 380 grader Celsius till 170 grader Celsius, en minskning med mer än hälften. Denna bedrift ger en solid grund för efterföljande experiment, och teamet siktar på att ytterligare sänka temperaturen till under 10 Kelvin.
Framgången med laserkylda positroner öppnar nya möjligheter för antimateriaforskning. För det första har det möjliggjort högprecisionsmätningar av materia-antimateriasystem, vilket hjälper till att avslöja ny fysik. För det andra har tekniken också gjort det möjligt för forskare att producera positroniska Bose-Einstein-kondensat, som är kondensat där alla komponenter upptar samma kvanttillstånd. Sådana kondensat anses vara kandidater för att generera koherent gammastrålningsljus, vilket förväntas ge forskare en titt inuti atomkärnor.
"Om Bose-Einstein-kondensatet av antimateria kan producera koherent gammastrålningsljus kommer det att vara ett oerhört kraftfullt verktyg inom området för grundforskning och tillämpad forskning, vilket gör det möjligt för forskare att få insikt i atomkärnors mysterier." sa Ruggero Caravita.
Kom ihåg att laserkylningsteknik först tillämpades på antimateriaatomer för tre år sedan. Kärnprincipen ligger i den gradvisa nedgången av atomer genom en cyklisk process av fotonabsorption och emission, som huvudsakligen realiseras av smalbandslasrar som sänder ut ljus i ett litet frekvensområde. Emellertid använde AEGIS-teamet en unik bredbandslaserteknik i sin forskning.
Ruggero Caravita förklarar vidare, "Fördelen med bredbandslasertekniken är att den effektivt kan kyla inte bara ett litet urval av positroner, utan också ett mycket större urval av positroner. Dessutom använde vi inte några externa elektriska eller magnetiska fält under experimentet, som inte bara förenklar experimentupplägget utan också förlänger livslängden för positronerna."
AEGIS Collaboration har delat sina forskningsresultat om positronlaserkylning med oberoende team som använder olika tekniker, och samma dag publicerade detta viktiga resultat på arXiv preprint-server för referens och information för forskare över hela världen.