पॉज़िट्रोनियम की पदार्थ-एंटीमैटर गैस को लेजर से ठंडा किया जाता है - फिजिक्स वर्ल्ड

सीईआरएन और टोक्यो विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं के पास पॉज़िट्रोनियम के स्वतंत्र रूप से लेजर-ठंडा बादल हैं। इस सफलता से एंटीमैटर के गुणों का सटीक माप करना आसान हो जाएगा और शोधकर्ताओं को अधिक एंटीहाइड्रोजन का उत्पादन करने की अनुमति मिलेगी।

पॉज़िट्रोनियम एक इलेक्ट्रॉन और उसके प्रतिकण पॉज़िट्रॉन की परमाणु जैसी बंधी हुई अवस्था है। पदार्थ और एंटीमैटर के मिश्रण के रूप में, इसे भौतिकविदों को एंटीमैटर के गुणों का अध्ययन करने की अनुमति देने के लिए प्रयोगशाला में बनाया गया है। इस तरह के अध्ययन मानक मॉडल से परे भौतिकी को उजागर कर सकते हैं और यह बता सकते हैं कि दृश्यमान ब्रह्मांड में एंटीमैटर की तुलना में बहुत अधिक पदार्थ क्यों है।

पॉज़िट्रोनियम वर्तमान में "गर्म" बादलों में बनाया गया है जिसमें परमाणुओं का वेग का एक बड़ा वितरण होता है। यह सटीक स्पेक्ट्रोस्कोपी को कठिन बना देता है क्योंकि एक परमाणु की गति उस प्रकाश में मामूली डॉपलर बदलाव में योगदान करती है जो वह उत्सर्जित और अवशोषित करता है। इसके परिणामस्वरूप मापी गई वर्णक्रमीय रेखाएं चौड़ी हो जाती हैं, जिससे मानक मॉडल और प्रयोगात्मक अवलोकनों द्वारा अनुमानित स्पेक्ट्रा के बीच किसी भी छोटे अंतर को देखना मुश्किल हो जाता है।

अधिक प्रतिहाइड्रोजन

ओस्लो विश्वविद्यालय का कहना है, "इस परिणाम के कई प्रभाव हैं।" एंटोनी कैम्पर, एक लेजर भौतिक विज्ञानी और एईजीआईएस के सदस्य। "पॉज़िट्रोनियम के वेग को कम करके, हम वास्तव में परिमाण के एक या दो ऑर्डर अधिक एंटीहाइड्रोजन का उत्पादन कर सकते हैं।" एंटीहाइड्रोजन एक एंटीएटम है जिसमें एक पॉज़िट्रॉन और एक एंटीप्रोटोन शामिल है, और यह भौतिकविदों के लिए बहुत रुचि का है।

कैंपर का यह भी कहना है कि अनुसंधान क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्स (क्यूईडी) जैसे मानक मॉडल के वर्तमान पहलुओं का परीक्षण करने के लिए पॉज़िट्रोनियम का उपयोग करने का मार्ग प्रशस्त करता है, जो विशिष्ट वर्णक्रमीय रेखाओं की भविष्यवाणी करता है। "बहुत अच्छे QED प्रभाव हैं जिनकी आप पॉज़िट्रोनियम से जांच कर सकते हैं क्योंकि यह केवल दो लेप्टान से बना है और इसलिए कमजोर बल संपर्क जैसी चीजों के प्रति बहुत संवेदनशील है," वह बताते हैं।

1988 में पहला प्रस्ताव, पॉज़िट्रोनियम की लेजर-कूलिंग हासिल करने में दशकों लग गए। "पॉज़िट्रोनियम वास्तव में असहयोगी है क्योंकि यह स्थिर नहीं है," कहते हैं जेफरी हैंगस्ट डेनमार्क की आरहूस यूनिवर्सिटी के. वह CERN में एंटीहाइड्रोजन प्रयोग अल्फा के प्रवक्ता हैं। "यह 140 एनएस के बाद खुद को नष्ट कर देता है और यह सबसे हल्की परमाणु प्रणाली है जिसे हम बना सकते हैं, जो कई तरह की कठिनाइयां लाती है।"

परमाणु का छोटा जीवनकाल आंशिक रूप से इलेक्ट्रॉनों और पॉज़िट्रॉन के बीच विनाश प्रक्रिया के कारण होता है। इसका मतलब यह है कि लेज़र पल्स को पॉज़िट्रोनियम क्लाउड के साथ पॉज़िट्रोनियम क्षय की तुलना में तेज़ी से संपर्क करना चाहिए।

एईजीआईएस टीम पेनिंग ट्रैप में पॉज़िट्रॉन के एक बादल को शामिल करके शीतलन प्रक्रिया शुरू करती है। यह आवेशित कणों को सीमित करने के लिए स्थैतिक विद्युत और चुंबकीय क्षेत्र का उपयोग करता है।

फिर, पॉज़िट्रॉन को एक नैनोचैनल सिलिकॉन कनवर्टर के माध्यम से शूट किया जाता है। ऊर्जा बिखरने और खोने के बाद, पॉज़िट्रॉन कनवर्टर की सतह पर इलेक्ट्रॉनों से बंध जाते हैं, जिससे पॉज़िट्रोनियम बनता है। पॉज़िट्रोनियम परमाणुओं को निर्वात कक्ष में एकत्रित करने से पहले यह चरण प्री-कूलिंग चरण के रूप में कार्य करता है, जहां उन्हें लेजर से ठंडा किया जाता है।

फोटॉन इंटरैक्शन

शीतलन प्रक्रिया में परमाणुओं द्वारा लेज़र से फोटॉन को अवशोषित करना और पुनः उत्सर्जित करना शामिल होता है, जिससे इस प्रक्रिया में गतिज ऊर्जा नष्ट हो जाती है। प्रकाश की तरंग दैर्ध्य ऐसी होती है कि इसे केवल लेजर की ओर बढ़ने वाले परमाणुओं द्वारा ही अवशोषित किया जाता है। ये परमाणु फिर यादृच्छिक दिशाओं में फोटॉन उत्सर्जित करते हैं - उन्हें ठंडा करते हैं।

टीम ने अलेक्जेंड्राइट गेन माध्यम के साथ एक लेजर का उपयोग किया, जो कैंपर का कहना है कि यह आदर्श है क्योंकि यह एक बड़े वर्णक्रमीय बैंडविड्थ का उत्पादन करता है जो बड़े वेग वितरण के साथ कणों को ठंडा करने में सक्षम है। एक बार ठंडा होने के बाद, पॉज़िट्रोनियम बादल का तापमान एक जांच लेजर से मापा जाता है। एईजीआईएस टीम इसके तापमान को 380 K से 170 K तक कम करने में सक्षम थी।

कैंपर ने कहा, "हमने वास्तव में प्रदर्शित किया है कि हम पारंपरिक डॉपलर कूलिंग के लिए उपयोग किए जाने वाले इंटरेक्शन समय के लिए कूलिंग की दक्षता की सीमा तक पहुंच रहे हैं।"

नया एंटीमैटर अनुसंधान

पॉज़िट्रोनियम को कम तापमान पर ठंडा करने का प्रबंधन एंटीमैटर का अध्ययन करने के नए तरीके खोल सकता है। पॉज़िट्रोनियम मौलिक सिद्धांतों के लिए एक अच्छा परीक्षण हैंगस्ट कहते हैं, "परमाणु भौतिकी में दो चीजें हैं जिन्हें हमें वास्तव में समझना चाहिए, एक हाइड्रोजन और दूसरा पॉज़िट्रोनियम, क्योंकि उनके पास केवल दो शरीर हैं।"

सटीक स्पेक्ट्रोस्कोपी पॉज़िट्रोनियम परमाणु के ऊर्जा स्तर को निर्धारित कर सकती है, और देख सकती है कि क्या वे QED द्वारा की गई मौजूदा भविष्यवाणियों से मेल खाते हैं। इसी तरह, पॉज़िट्रोनियम के ऊर्जा स्तर का उपयोग एंटीमैटर पर गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव की जांच के लिए किया जा सकता है।

पीईटी स्कैन के दौरान रिकॉर्ड की गई पहली पॉज़िट्रोनियम छवि

हालांकि, क्रिस्टोफर बेकरस्वानसी विश्वविद्यालय के एक अल्फा भौतिक विज्ञानी, का कहना है कि सटीक वर्णक्रमीय विश्लेषण करने से पहले वैज्ञानिकों को अभी भी एक लंबा रास्ता तय करना है। "कुछ उपयोगी पाने के लिए, हमें लगभग 50 K तक नीचे आना होगा," उन्होंने कहा। तापमान को कम करने के लिए टीम अभी भी कुछ चीजें कर सकती है, जैसे क्रायोजेनिक रूप से लक्ष्य कन्वर्टर्स को ठंडा करना या दूसरा लेजर लाना।

बेकर ने कहा, "मुझे लगता है कि वे सही रास्ते पर हैं, लेकिन इसे और अधिक ठंडा करना और अधिक कठिन होता जा रहा है।"

हैंगस्ट इस बात से सहमत हैं कि शोधकर्ताओं को पॉज़िट्रोनियम से बोस-आइंस्टीन कंडेनसेट बनाने के अपने "पाइ इन द स्काई" लक्ष्य को प्राप्त करने में कुछ समय लगेगा।

में अनुसंधान वर्णित है फिजिकल रिव्यू लेटर्स। में प्रीप्रिंट जिसकी अभी सहकर्मी समीक्षा होनी बाकी है, कोसुके योशीओका और टोक्यो विश्वविद्यालय के सहकर्मी एक नई लेजर-कूलिंग तकनीक का वर्णन करते हैं जिसने पॉज़िट्रोनियम गैस को ठंडा कर दिया है।

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• स्रोत: https://physicsworld.com/a/matter-antimatter-gas-of-positronium-is-laser-cooled/