CERN ve Tokyo Üniversitesi'ndeki araştırmacılar birbirinden bağımsız olarak lazerle soğutulan pozitronyum bulutlarına sahipler. Bu atılım, antimaddenin özelliklerinin hassas ölçümlerini yapmayı kolaylaştıracak ve araştırmacıların daha fazla antihidrojen üretmesine olanak tanıyacak.

Pozitronyum, bir elektronun ve onun antiparçacığı olan pozitronun atom benzeri bağlı halidir. Madde ve antimaddenin bir melezi olarak, fizikçilerin antimaddenin özelliklerini incelemesine olanak sağlamak için laboratuvarda yaratıldı. Bu tür çalışmalar, Standart Modelin ötesindeki fiziği ortaya çıkarabilir ve görünür evrende neden antimaddeden çok daha fazla maddenin bulunduğunu açıklayabilir.

Pozitronyum şu anda atomların geniş bir hız dağılımına sahip olduğu “sıcak” bulutlarda yaratılıyor. Bu, hassas spektroskopiyi zorlaştırır çünkü bir atomun hareketi, yaydığı ve emdiği ışıkta hafif bir Doppler kaymasına katkıda bulunur. Sonuç, ölçülen spektral çizgilerin genişlemesidir; bu da Standart Model tarafından tahmin edilen spektrumlar ile deneysel gözlemler arasındaki küçük farklılıkların görülmesini zorlaştırır.

Daha fazla antihidrojen

Oslo Üniversitesi'nden "Bu sonucun çeşitli etkileri var" diyor Antoine Kampçı, bir lazer fizikçisi ve AEgIS üyesi. "Pozitronyumun hızını azaltarak aslında bir veya iki kat daha fazla antihidrojen üretebiliriz." Antihidrojen, bir pozitron ve bir antiprotondan oluşan bir antiatomdur ve fizikçilerin büyük ilgisini çekmektedir.

Camper ayrıca araştırmanın, belirli spektral çizgileri öngören kuantum elektrodinamiği (QED) gibi Standart Modelin mevcut yönlerini test etmek için pozitronyum kullanmanın yolunu açtığını söylüyor. "Pozitronyumla inceleyebileceğiniz çok ince QED etkileri var çünkü o yalnızca iki leptondan oluşuyor ve dolayısıyla zayıf kuvvet etkileşimi gibi şeylere karşı çok duyarlı" diye açıklıyor.

İlk olarak 1988'de öne sürülen pozitronyumun lazerle soğutulmasının sağlanması onlarca yıl sürdü. "Pozitronyum gerçekten işbirlikçi değil çünkü stabil değil" diyor Jeffrey Hangst Danimarka Aarhus Üniversitesi'nden. CERN'deki antihidrojen deneyi ALPHA'nın sözcüsüdür. "140 ns sonra kendini yok ediyor ve yapabileceğimiz en hafif atom sistemi, bu da bir sürü zorluğu beraberinde getiriyor."

Atomun kısa ömrü kısmen elektronlar ve pozitronlar arasındaki yok olma sürecinden kaynaklanmaktadır. Bu, lazer darbelerinin pozitronyum bulutu ile pozitronyum bozunumlarından daha hızlı etkileşime girmesi gerektiği anlamına gelir.

AEgIS ekibi soğutma sürecine bir Penning tuzağı içinde bir pozitron bulutu yerleştirerek başlıyor. Bu, yüklü parçacıkları sınırlamak için statik elektrik ve manyetik alanları kullanır.

Daha sonra pozitronlar bir nanokanallı silikon dönüştürücü aracılığıyla vurulur. Pozitronlar saçılıp enerji kaybettikten sonra dönüştürücünün yüzeyindeki elektronlara bağlanarak pozitronyum oluşturur. Bu aşama, pozitronyum atomlarının lazerle soğutuldukları bir vakum odasında toplanmasından önce bir ön soğutma adımı görevi görür.

Foton etkileşimleri

Soğutma işlemi, atomların bir lazerden fotonları emip yeniden yaymasını ve süreçte kinetik enerji kaybetmesini içerir. Işığın dalga boyu, yalnızca lazere doğru hareket eden atomlar tarafından emilecek şekildedir. Bu atomlar daha sonra rastgele yönlerde fotonlar yayar ve onları soğutur.

Ekip, alexandrite kazanç ortamına sahip bir lazer kullandı; Camper bunun ideal olduğunu söylüyor çünkü bu lazer, büyük hız dağılımına sahip parçacıkları soğutabilen geniş bir spektral bant genişliği üretiyor. Soğuduktan sonra pozitronyum bulutunun sıcaklığı bir prob lazeri ile ölçülür. AeGIS ekibi sıcaklığı 380 K'den 170 K'ye düşürmeyi başardı.

Camper, "Geleneksel Doppler soğutma için kullandığımız etkileşim süresi boyunca soğutma verimliliği sınırına ulaştığımızı gösterdik" dedi.

Yeni antimadde araştırması

Pozitronyumu düşük sıcaklıklara soğutmayı başarmak, antimaddeyi incelemek için yeni yollar açabilir. Pozitronyum, temel teoriler için iyi bir test ortamıdır Hangst şöyle diyor: "Atom fiziğinde gerçekten anlamamız gereken iki şey var; biri hidrojen, diğeri pozitronyum, çünkü onların yalnızca iki gövdesi var."

Hassas spektroskopi, pozitronyum atomunun enerji seviyelerini belirleyebilir ve bunların QED tarafından yapılan mevcut tahminlerle eşleşip eşleşmediğini görebilir. Benzer şekilde pozitronyumun enerji seviyeleri de yerçekiminin antimadde üzerindeki etkilerini araştırmak için kullanılabilir.

Bununla birlikte, Christopher BakerSwansea Üniversitesi'nden ALPHA fizikçisi, hassas spektral analizin yapılabilmesi için bilim adamlarının hâlâ kat etmesi gereken uzun bir yol olduğunu söylüyor. "Faydalı bir şey elde etmek için yaklaşık 50 bine inmemiz gerekiyor" dedi. Hedef dönüştürücülerin kriyojenik olarak soğutulması veya ikinci bir lazerin getirilmesi gibi ekibin sıcaklıkları düşürmek için yapabileceği şeyler hala var.

Baker, "Doğru yolda olduklarını düşünüyorum, ancak havanın soğuması giderek daha zor olacak" dedi.

Hangst, araştırmacıların pozitronyumdan Bose-Einstein yoğunlaşması oluşturma yönündeki "gökyüzündeki pasta" hedefine ulaşabilmelerinin biraz zaman alacağı konusunda hemfikir

Araştırma şu şekilde açıklanmaktadır: Physical Review Letters. Bir In ön baskı henüz hakem incelemesinden geçmemiş olan, Kosuke Yoshioka ve Tokyo Üniversitesi'ndeki meslektaşları, pozitronyum gazını soğutan yeni bir lazer soğutma tekniğini tanımlıyorlar.

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
• PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
• PlatoESG. karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
• PlatoSağlık. Biyoteknoloji ve Klinik Araştırmalar Zekası. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://physicsworld.com/a/matter-antimatter-gas-of-positronium-is-laser-cooled/