Одразу двом командам фізиків вперше вдалося охолодити за допомогою лазера хмару позитронія — атомів, що складаються з електронів і їхніх античастинок позитронів. Охолодження уповільнило рух частинок, а отже зробило їх простішими для проведення досліджень. Вчені сподіваються, що їхній експеримент допоможе краще вивчити особливості антиматерії. Про експерименти розповіло видання Science Alert. Стаття однієї з команд фізиків опублікована у Physical Review Letters, а другої доступна на arXiv.
Частина установки, яку для охолодження позитронію використовувала команда фізиків з CERN. CERN
👋 Слідкуйте за наукою разом з нами — підписуйтеся на наш телеграм та інстаграм, буде цікаво!
Навіщо охолоджувати позитроній?
Ще з 1988 року, коли фізикам вперше вдалося використати лазери для уповільнення атомів, а отже і їхнього охолодження, технологію намагалися пристосувати до антиматерії. Але попри ряд успішних експериментів, саме позитроній — найпростіший атом з електрона і його античастинки — лазерному охолодженню не піддавався. Хоча тоді можна було б точно виміряти його характеристики й розширити наші знання про антиматерію. Зокрема і знайти відповідь на питання, чому зараз антиматерії у Всесвіті набагато менше, ніж матерії.
Першого успіху в охолодженні позитронія майже одночасно вдалося досягнути фізикам з колаборації AEgIS Європейської організації з ядерних досліджень (CERN), а також науковцям Університету Токіо.
Як охолонув позитроній?
Основною складністю у роботі з позитронієм є те, що його атоми існують всього 140 наносекунд. За цей час фізики мають направити на них лазерне випромінювання на такій частоті, щоб вона збігалася із частотою переходу між енергетичними рівнями атома та змусила його перейти зі стану нижчої енергії у вищий. Від набутої енергії атом випустить світло, повертаючись на попередній енергетичний рівень, завдяки чому зміниться його імпульс й атом уповільниться.
Але для позитронія виникала і додаткова складність у тому, що частота його енергетичного переходу лежить в ультрафіолетовому діапазоні випромінювання. Це важкодоступний для лазерів діапазон, тому науковцям довелося створювати нові лазерні установки для своїх експериментів. Дослідники з CERN модифікували лазер на основі олександриту, якому підвищили інтенсивність й подовжили тривалість імпульсу. А японські фізики навпаки, вирішили подавати на пучки атомів позитронія серію лазерних імпульсів, підвищуючи їхню частоту так, як змінюється частота енергетичних переходів у позитронії.
На своїх, нехай і різних, установках дослідники однаково добилися успіху. Вчені з CERN знизили температуру зі 106 градусів Цельсія до -103, а їхні японські колеги — до -272 градусів Цельсія. Обидві команди фізиків вже знайомі з результатами одна одної й тепер сподіваються, що їхні експерименти допоможуть зробити нові відкриття у галузі досліджень антиматерії.
- Раніше фізикам вдалося з'ясувати, що гравітація впливає на антиматерію, так само як і на матерію. А магнітні моменти у протона і його античастинки виявилися однаковими, причому це підтвердили із рекордною точністю.