الباحثون في CERN وجامعة طوكيو لديهم بشكل مستقل سحب من البوزيترونيوم يتم تبريدها بالليزر. من المفترض أن يسهل هذا الاختراق إجراء قياسات دقيقة لخصائص المادة المضادة، ويسمح للباحثين بإنتاج المزيد من الهيدروجين المضاد.

البوزيترونيوم عبارة عن حالة مرتبطة بالذرة للإلكترون وجسيمه المضاد هو البوزيترون. باعتبارها هجينًا من المادة والمادة المضادة، يتم تصنيعها في المختبر للسماح للفيزيائيين بدراسة خصائص المادة المضادة. يمكن لمثل هذه الدراسات أن تكشف عن فيزياء تتجاوز النموذج القياسي ويمكن أن تفسر سبب وجود مادة أكثر بكثير من المادة المضادة في الكون المرئي.

يتم إنشاء البوزيترونيوم حاليًا في السحب "الدافئة" التي تتمتع فيها الذرات بتوزيع كبير للسرعات. وهذا يجعل التحليل الطيفي الدقيق صعبًا لأن حركة الذرة تساهم في حدوث انزياح دوبلر طفيف في الضوء الذي تنبعث منه وتمتصه. والنتيجة هي توسيع الخطوط الطيفية المقاسة، مما يجعل من الصعب رؤية أي اختلافات صغيرة بين الأطياف التي تنبأ بها النموذج القياسي والملاحظات التجريبية.

المزيد من الهيدروجين المضاد

تقول جامعة أوسلو: "هناك العديد من التأثيرات لهذه النتيجة". أنطوان كامبر، فيزيائي ليزر وعضو في AEgIS. "من خلال تقليل سرعة البوزيترونيوم، يمكننا في الواقع إنتاج واحد أو اثنين من الهيدروجين المضاد من حيث الحجم." الهيدروجين المضاد هو ذرة مضادة تتكون من بوزيترون وبروتون مضاد، وهو ذو أهمية كبيرة للفيزيائيين.

يقول كامبر أيضًا أن البحث يمهد الطريق لاستخدام البوزيترونيوم لاختبار الجوانب الحالية من النموذج القياسي، مثل الديناميكا الكهربائية الكمومية (QED)، التي تتنبأ بخطوط طيفية محددة. ويشرح قائلاً: "هناك تأثيرات QED جيدة جدًا يمكنك اكتشافها باستخدام البوزيترونيوم، لأنه يتكون من لبتونين فقط، وبالتالي فهو حساس جدًا لأشياء مثل تفاعل القوة الضعيفة".

تم اقتراحه لأول مرة في عام 1988، وقد استغرق الأمر عقودًا من الزمن حتى يتم تبريد البوزيترونيوم بالليزر. يقول: "إن البوزيترونيوم غير متعاون حقًا، لأنه غير مستقر". جيفري هانجست من جامعة آرهوس في الدنمارك. وهو المتحدث باسم تجربة ALPHA، وهي تجربة الهيدروجين المضاد في CERN. "إنه يدمر نفسه بعد 140 نانو ثانية، وهو أخف نظام ذري يمكننا صنعه، الأمر الذي يجلب معه مجموعة كبيرة من الصعوبات."

يرجع العمر القصير للذرة جزئيًا إلى عملية الفناء بين الإلكترونات والبوزيترونات. وهذا يعني أن نبضات الليزر يجب أن تتفاعل مع سحابة البوزيترونيوم بشكل أسرع من اضمحلال البوزيترونيوم.

يبدأ فريق AEgIS عملية التبريد من خلال احتواء سحابة من البوزيترونات في مصيدة Penning. يستخدم هذا المجالات الكهربائية والمغناطيسية الساكنة لحصر الجسيمات المشحونة.

بعد ذلك، يتم إطلاق البوزيترونات من خلال محول سيليكون بقناة نانوية. بعد التشتت وفقدان الطاقة، ترتبط البوزيترونات بالإلكترونات الموجودة على سطح المحول، مما يؤدي إلى تكوين البوزيترونيوم. تعمل هذه المرحلة كخطوة ما قبل التبريد قبل جمع ذرات البوزيترونيوم في غرفة مفرغة، حيث يتم تبريدها بالليزر.

تفاعلات الفوتون

تتضمن عملية التبريد امتصاص الذرات للفوتونات من الليزر وإعادة إصدارها، مما يؤدي إلى فقدان الطاقة الحركية في هذه العملية. الطول الموجي للضوء بحيث يتم امتصاصه فقط بواسطة الذرات التي تتحرك نحو الليزر. ثم تقوم هذه الذرات بإصدار الفوتونات في اتجاهات عشوائية، مما يؤدي إلى تبريدها.

استخدم الفريق ليزرًا مع وسط كسب من الألكسندريت، والذي يقول كامبر إنه مثالي لأنه ينتج نطاقًا تردديًا طيفيًا كبيرًا قادرًا على تبريد الجسيمات بتوزيع سرعة كبير. بمجرد تبريدها، يتم قياس درجة حرارة سحابة البوزيترونيوم باستخدام مسبار ليزر. تمكن فريق AeGIS من خفض درجة حرارته من 380 كلفن إلى 170 كلفن.

قال كامبر: "لقد أثبتنا بالفعل أننا وصلنا إلى الحد الأقصى من كفاءة التبريد بالنسبة لوقت التفاعل الذي استخدمناه في تبريد دوبلر التقليدي".

بحث جديد عن المادة المضادة

إن إدارة تبريد البوزيترونيوم إلى درجات حرارة منخفضة يمكن أن يفتح طرقًا جديدة لدراسة المادة المضادة. يعتبر البوزيترونيوم بمثابة اختبار جيد للنظريات الأساسية. يقول هانغست: "هناك شيئان يجب أن نفهمهما حقًا في الفيزياء الذرية، أحدهما الهيدروجين والآخر البوزيترونيوم، لأنهما يحتويان على جسمين فقط".

يمكن للتحليل الطيفي الدقيق تحديد مستويات الطاقة لذرة البوزيترونيوم، ومعرفة ما إذا كانت تتطابق مع التنبؤات الحالية التي قدمها QED. وبالمثل، يمكن استخدام مستويات طاقة البوزيترونيوم لاستكشاف تأثيرات الجاذبية على المادة المضادة.

ومع ذلك، كريستوفر بيكريقول فيزيائي ألفا من جامعة سوانسي، إنه لا يزال أمام العلماء طريق طويل قبل أن يتمكنوا من إجراء التحليل الطيفي الدقيق. وقال: "للحصول على شيء مفيد، نحتاج إلى خفض العدد إلى حوالي 50 ألفًا". لا تزال هناك أشياء يمكن للفريق القيام بها لخفض درجات الحرارة، مثل تبريد المحولات المستهدفة بالتبريد أو جلب ليزر ثانٍ.

وقال بيكر: "أعتقد أنهم يسيرون على الطريق الصحيح، لكن سيكون من الصعب أكثر فأكثر أن نصبح أكثر برودة".

يوافق هانغست على أن الأمر سيستغرق بعض الوقت قبل أن يتمكن الباحثون من تحقيق هدف "فطيرة في السماء" المتمثل في إنشاء مكثف بوز-آينشتاين من البوزيترونيوم.

تم وصف البحث في استعراض للحروف البدنية. في ما قبل الطباعة التي لم تتم مراجعتها بعد، كوسوكي يوشيوكا يصف وزملاؤه في جامعة طوكيو تقنية تبريد جديدة بالليزر، نجحت في تبريد غاز البوزيترونيوم.

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
• أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• أفلاطون كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
• أفلاطون هيلث. التكنولوجيا الحيوية وذكاء التجارب السريرية. الوصول هنا.
• المصدر https://physicsworld.com/a/matter-antimatter-gas-of-positronium-is-laser-cooled/