گاز ماده-ضد ماده پوزیترونیوم با لیزر خنک می شود - دنیای فیزیک

محققان سرن و دانشگاه توکیو ابرهای پوزیترونیوم را به طور مستقل با لیزر خنک کرده اند. این پیشرفت باید اندازه گیری دقیق خواص پادماده را آسان تر کند و به محققان اجازه دهد تا آنتی هیدروژن بیشتری تولید کنند.

پوزیترونیوم یک حالت اتم مانند یک الکترون و پادذره آن پوزیترون است. به عنوان ترکیبی از ماده و پادماده، در آزمایشگاه ایجاد می شود تا به فیزیکدانان اجازه دهد تا خواص ضد ماده را مطالعه کنند. چنین مطالعاتی می تواند فیزیک را فراتر از مدل استاندارد نشان دهد و می تواند توضیح دهد که چرا ماده بسیار بیشتر از پادماده در جهان مرئی وجود دارد.

پوزیترونیوم در حال حاضر در ابرهای "گرم" ایجاد می شود که در آن اتم ها توزیع زیادی از سرعت دارند. این امر طیف‌سنجی دقیق را دشوار می‌کند، زیرا حرکت اتم به یک تغییر داپلر خفیف در نوری که ساطع و جذب می‌کند کمک می‌کند. نتیجه، گسترش خطوط طیفی اندازه‌گیری‌شده است، که دیدن هر گونه تفاوت کوچک بین طیف‌های پیش‌بینی‌شده توسط مدل استاندارد و مشاهدات تجربی را دشوار می‌کند.

آنتی هیدروژن بیشتر

دانشگاه اسلو می گوید: «این نتیجه چندین اثر دارد آنتوان کامپر، فیزیکدان لیزر و عضو AEgIS. با کاهش سرعت پوزیترونیوم، می‌توانیم یک یا دو مرتبه آنتی‌هیدروژن بیشتری تولید کنیم.» آنتی هیدروژن یک آنتی اتم است که از یک پوزیترون و یک پاد پروتون تشکیل شده است و برای فیزیکدانان بسیار جالب است.

کمپر همچنین می گوید که این تحقیق راه را برای استفاده از پوزیترونیوم برای آزمایش جنبه های فعلی مدل استاندارد، مانند الکترودینامیک کوانتومی (QED) که خطوط طیفی خاص را پیش بینی می کند، هموار می کند. او توضیح می‌دهد: «اثرات QED بسیار خوبی وجود دارد که می‌توانید با پوزیترونیوم آن‌ها را بررسی کنید، زیرا تنها از دو لپتون تشکیل شده است و بنابراین به چیزهایی مانند برهمکنش نیروی ضعیف بسیار حساس است».

اولین پیشنهاد در سال 1988، دهه ها طول کشید تا خنک سازی لیزری پوزیترونیوم به دست آید. می‌گوید: «پوزیترونیوم واقعاً همکاری نمی‌کند، زیرا پایدار نیست». جفری هانگست از دانشگاه آرهوس دانمارک او سخنگوی ALPHA، آزمایش آنتی هیدروژن در سرن است. او پس از 140 ثانیه خود را از بین می‌برد و سبک‌ترین سیستم اتمی است که می‌توانیم بسازیم، که سختی‌های زیادی را به همراه دارد.

عمر کوتاه اتم تا حدی به دلیل فرآیند نابودی بین الکترون ها و پوزیترون ها است. این بدان معناست که پالس های لیزر باید سریعتر از پوزیترونیوم با ابر پوزیترونیوم تعامل کنند.

تیم AEgIS فرآیند خنک‌سازی را با قرار دادن ابری از پوزیترون در تله پنینگ آغاز می‌کند. این از میدان های الکتریکی و مغناطیسی ساکن برای محدود کردن ذرات باردار استفاده می کند.

سپس، پوزیترون ها از طریق مبدل سیلیکونی نانوکانالی شلیک می شوند. پس از پراکندگی و از دست دادن انرژی، پوزیترون ها به الکترون های سطح مبدل متصل می شوند و پوزیترونیوم ایجاد می کنند. این مرحله قبل از اینکه اتم های پوزیترونیوم در یک محفظه خلاء جمع آوری شوند، به عنوان یک مرحله پیش خنک کننده عمل می کند، جایی که آنها با لیزر خنک می شوند.

برهمکنش های فوتون

فرآیند خنک‌سازی شامل جذب اتم‌ها و انتشار مجدد فوتون‌ها از لیزر است که انرژی جنبشی را در این فرآیند از دست می‌دهد. طول موج نور به حدی است که فقط توسط اتم هایی که به سمت لیزر حرکت می کنند جذب می شود. سپس این اتم ها فوتون ها را در جهات تصادفی ساطع می کنند - آنها را خنک می کند.

این تیم از لیزری با محیط افزایش الکساندریت استفاده کردند که به گفته کامپر ایده آل است زیرا پهنای باند طیفی زیادی تولید می کند که قادر است ذرات را با توزیع سرعت زیاد خنک کند. پس از سرد شدن، دمای ابر پوزیترونیوم با لیزر پروب اندازه گیری می شود. تیم AeGIS توانست دمای آن را از 380 کلوین به 170 کلوین کاهش دهد.

کامپر گفت: «ما در واقع نشان داده‌ایم که در حال رسیدن به حد مجاز بازده خنک‌سازی برای زمان تعاملی هستیم که برای خنک‌سازی سنتی داپلر استفاده می‌کردیم.

تحقیقات جدید ضد ماده

مدیریت خنک کردن پوزیترونیوم تا دمای پایین می تواند راه های جدیدی را برای مطالعه پادماده باز کند. پوزیترونیوم بستر آزمایشی خوبی برای تئوری‌های بنیادی است که هانگست می‌گوید: «دو چیز وجود دارد که ما باید واقعاً در فیزیک اتمی درک کنیم، یکی هیدروژن و دیگری پوزیترونیوم، زیرا آنها فقط دو جسم دارند».

طیف‌سنجی دقیق می‌تواند سطوح انرژی اتم پوزیترونیوم را تعیین کند و ببیند آیا با پیش‌بینی‌های موجود توسط QED مطابقت دارد یا خیر. به طور مشابه، سطوح انرژی پوزیترونیوم را می توان برای بررسی اثرات گرانش بر ضد ماده مورد استفاده قرار داد.

اولین تصویر پوزیترونیوم در حین اسکن PET ثبت شد

با این حال، کریستوفر بیکریک فیزیکدان ALPHA از دانشگاه سوانسی می گوید که دانشمندان هنوز راه درازی در پیش دارند تا تجزیه و تحلیل طیفی دقیق انجام شود. او گفت: «برای به دست آوردن چیزی مفید، باید به حدود 50 K کاهش پیدا کنیم. هنوز کارهایی وجود دارد که تیم می تواند برای کاهش دما انجام دهد، مانند خنک کردن مبدل های هدف یا آوردن لیزر دوم.

بیکر گفت: "من فکر می کنم آنها در مسیر درستی هستند، اما سردتر و سردتر شدن روز به روز سخت تر می شود."

هانگست موافق است که مدتی طول می کشد تا محققان بتوانند به هدف خود در آسمان دست یابند که میعان بوز-انیشتین را از پوزیترونیوم ایجاد کنند.

تحقیق در شرح داده شده است Physical Review Letters به. در یک پیش چاپ که هنوز بررسی نشده است، کوسوکه یوشیکا و همکارانش در دانشگاه توکیو یک روش خنک کننده لیزری جدید را توصیف می کنند که گاز پوزیترونیوم را خنک می کند.

• محتوای مبتنی بر SEO و توزیع روابط عمومی. امروز تقویت شوید.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. به خودت قدرت بده دسترسی به اینجا.
• PlatoAiStream. هوش وب 3 دانش تقویت شده دسترسی به اینجا.
• PlatoESG. کربن ، CleanTech، انرژی، محیط، خورشیدی، مدیریت پسماند دسترسی به اینجا.
• PlatoHealth. هوش بیوتکنولوژی و آزمایشات بالینی. دسترسی به اینجا.
• منبع: https://physicsworld.com/a/matter-antimatter-gas-of-positronium-is-laser-cooled/