Forskere har succesfuldt laserkølet Positronium-ioner for første gang!

I en nylig undersøgelse har AEgIS-systemet under European Center for Nuclear Research (CERN) med succes laserkølet positroniumioner, hvilket tager et vigtigt skridt hen imod et stof-antistof-system, der udsender laserlignende gammastråler.
Resultaterne af dette eksperiment giver ikke kun stærk støtte til højpræcisionstest af, om antistof og stof falder til Jorden på samme måde, men baner også vejen for en helt ny række af antistofforskning, herunder muligheden for at producere gammastråler lasere.
Aegis-systemet (AEgIS) er et af flere eksperimenter, der producerer og studerer anti-brint-atomer på CERN's Antimatter Factory, hvis mål er at teste med høj præcision, om antistof og stof begge falder til Jorden på samme måde.
I et papir, der for nylig blev offentliggjort i Physical Review Letters, rapporterer AEGIS-samarbejdet om en eksperimentel bedrift, der ikke kun hjælper med at nå dette mål, men som også baner vejen for en helt ny række antistofforskning, herunder udsigten til at producere gammastrålelasere , som ville give forskere mulighed for at se ind i kernen af ​​et atom indeni og have anvendelser ud over fysik.
Målet med AEgIS, et af flere eksperimenter på CERNs Antimatter Factory, er at studere egenskaberne af anti-brint atomer. For at skabe anti-hydrogen (en positron, der spinder rundt om en antiproton), leder AEgIS en stråle af positroner (en elektron, der spinder rundt om en positron) ind i en sky af antiprotoner, der er skabt og decelereret af Antimatter Factory. Når en antiproton og en positron mødes i antiprotonskyen, afgiver positronen sin positron til antiprotonen, hvilket resulterer i dannelsen af ​​anti-brint.
Denne proces giver AEgIS mulighed for at studere positron, et antistofsystem, der er af interesse, fordi det kun indeholder topunktspartikler - elektronen og dens antistof.
Positronen har dog en ekstremt kort levetid på 142 milliardtedele af et sekund og udslettes efterfølgende til gammastråler. For at studere denne kortlivede partikel anvendte AEgIS-teamet med succes laserafkølingsteknikker på en prøve af positroner.
Dette er en bedrift udført af AEGIS-teamet. Ved at anvende laserkøling på en positronprøve lykkedes det dem at reducere prøvens temperatur fra 380 grader Celsius til 170 grader Celsius, en reduktion på mere end halvdelen. Denne bedrift giver et solidt grundlag for efterfølgende eksperimenter, og holdet sigter mod yderligere at reducere temperaturen til under 10 Kelvin.
Succesen med laserkølede positroner åbner nye muligheder for antistofforskning. For det første har det muliggjort højpræcisionsmålinger af stof-antistofsystemer, hvilket har hjulpet med at afsløre ny fysik. For det andet har teknikken også gjort det muligt for forskere at producere positroniske Bose-Einstein-kondensater, som er kondensater, hvor alle komponenter indtager samme kvantetilstand. Sådanne kondensater menes at være kandidater til at generere sammenhængende gammastrålelys, som forventes at give forskerne et kig ind i atomkerner.
"Hvis Bose-Einstein-kondensatet af antistof er i stand til at producere sammenhængende gammastrålelys, vil det være et uhyre stærkt værktøj inden for grundforskning og anvendt forskning, der giver forskere mulighed for at få indsigt i atomkerners mysterier." sagde Ruggero Caravita.
Husk på, at laserkølingsteknologi først blev anvendt på antistof-atomer for tre år siden. Kerneprincippet ligger i den gradvise opbremsning af atomer gennem en cyklisk proces med fotonabsorption og -emission, som hovedsageligt realiseres af smalbåndslasere, der udsender lys i et lille frekvensområde. Imidlertid brugte AEGIS-teamet en unik bredbåndslaserteknologi i deres forskning.
Ruggero Caravita forklarer yderligere: "Fordelen ved bredbåndslaserteknikken er, at den effektivt kan afkøle ikke kun en lille prøve af positroner, men også en meget større prøve af positroner. Derudover brugte vi ikke nogen eksterne elektriske eller magnetiske felter under eksperimentet, som ikke kun forenkler forsøgsopstillingen, men også forlænger positronernes levetid."
AEgIS-samarbejdet har delt sine forskningsresultater om positron-laserkøling med uafhængige teams, der bruger forskellige teknikker, og samme dag postede dette vigtige resultat på arXiv preprint-serveren til reference og information for forskere verden over.