/ Svet častíc | Slovenský portál nielen o časticovej fyzike

ALPHA prvýkrát ochladila antihmotu pomocou laserového svetla

| 6. 4. 2021


               


Ženeva, 31. marca 2021. Kolaborácia ALPHA v CERN-e dokázala  ochladiť atómy antivodíka (najjednoduchšia forma atómovej antihmoty) pomocou laserového svetla. Technika známa ako laserové chladenie bola prvýkrát demonštrovaná pred 40 rokmi na normálnej hmote a je základom mnohých oblastí výskumu. Jej prvá aplikácia na antivodíku od experimentu ALPHA, opísaná v článku v časopise Nature, otvára dvere k podstatne presnejším meraniam vnútornej štruktúry antivodíka a jeho chovania pod vplyvom gravitácie. Porovnanie týchto meraní s meraniami dobre preskúmaného atómu vodíka by mohlo odhaliť rozdiely medzi hmotou a atómami antihmoty. Ak takéto rozdiely existujú, mohli by objasniť, prečo je vesmír tvorený iba hmotou. Táto nerovnováha je známa ako asymetria hmoty - antihmoty. 

Schopnosť ochladzovať atómy antivodíka laserom  mení  situáciu v oblasti spektroskopických a gravitačných meraní a mohla by viesť k novým perspektívam vo výskume antihmoty, ako je napríklad tvorba molekúl antihmoty a vývoj anti-atómovej interferometrie,“ povedal hovorca kolaborácie ALPHA Jeffrey Hangst. "Podarila sa nám prelomová vec. Asi pred desiatimi rokmi bolo laserové chladenie antihmoty v oblasti sci-fi."  

Tím ALPHA  vyrába antivodíkové atómy odobratím antiprotónov z CERN-ského Antiprotónového Spomaľovača spojí ich väzbou s pozitrónmi pochádzajúcimi zo zdroja sodíka-22. Potom uzavrie výsledné atómy antivodíka do magnetickej pasce, ktorá zabráni ich kontaktu s hmotou a anihilácii. V ďalšom kroku tím zvyčajne vykonáva spektroskopické štúdie, to znamená, že meria reakciu antiatómov na elektromagnetické žiarenie - laserové svetlo alebo mikrovlny. Tieto štúdie umožnili tímu napríklad zmerať prechod elektrónu medzi hladinami 1S – 2S v antivodíku s bezprecedentnou presnosťou. Presnosť takýchto spektroskopických meraní a plánovaných meraní správania antivodíka v gravitačnom poli Zeme v prebiehajúcich experimentoch je však obmedzená kinetickou energiou alebo ekvivalentne teplotou antiatómov. 

Toto je miesto, kde prichádza na rad laserové chladenie. Pri tejto technike sú laserové fotóny absorbované atómami, čo spôsobí, že atómy  dosiahnu stav s vyššou energiou. Antiatómy potom emitujú fotóny a spontánne sa rozpadajú späť do pôvodného stavu. Pretože interakcia závisí od rýchlosti atómov a pretože fotóny udeľujú hybnosť, mnohonásobné opakovanie tohto cyklu absorpcie a emisie vedie k ochladeniu atómov na nízku teplotu. 

Vo svojej novej štúdii boli vedci z experimentu ALPHA schopní laserom ochladiť vzorku magneticky zachytených antivodíkových atómov opakovaným privádzaním anti-atómov zo stavu najnižšej energie (stav 1S) do stavu vyššej energie (2P) pomocou pulzného laserového svetla s frekvenciou mierne nižšou ako je frekvencia zodpovedajúca prechodu medzi týmito dvoma stavmi. Po niekoľkých hodinách osvetlenia zachytených atómov vedci pozorovali viac ako desaťnásobné zníženie strednej kinetickej energie atómov, pričom veľa anti-atómov dosiahlo energiu menšiu ako mikroelektrónvolt (asi 0,012 stupňa nad absolútnou nulou v ekvivalente teploty). 

Po úspešnom laserovom ochladení anti-atómov vedci skúmali, ako laserové chladenie ovplyvnilo spektroskopické meranie prechodu 1S – 2S a zistili, že výsledkom ochladenia bola užšia spektrálna čiara prechodu - asi štyrikrát užšia ako čiara pozorovaná bez laserového chladenia. 

Naša demonštrácia laserového ochladzovania atómov antivodíka a jeho aplikácia na spektroskopiu 1S – 2S predstavuje zavŕšenie mnohoročného výskumu v oblasti antihmoty a vývoja na Antiprotónovom spomaľovači v CERNe. Toto je zďaleka najťažší experiment, aký sme kedy urobili, “hovorí Hangst.

"Historicky sa vedci potrápili s laserovým chladením aj normálneho vodíka, takže toto bol pre nás po mnoho rokov tak trochu bláznivý sen," hovorí Makoto Fujiwara, prvý zástanca myšlienky použitia pulzného laseru na ochladenie zachyteného antivodíka v experimente ALPHA. "Teraz môžeme snívať o ešte bláznivejších veciach s antihmotou ." 


Foto: https://cds.cern.ch/record/2121303#5

Titulok: Pohľad na experiment ALPHA 


Video: https://videos.cern.ch/record/2759406 


Film "A day with particles"

12. 3. 2021

Masterclasses 2021 - tlačová správa

2. 3. 2021

Masterclasses 2020 - tlačová správa

4. 3. 2020

ALPHA prvýkrát ochladila antihmotu pomocou laserového svetla

6. 4. 2021

Zaujímavý nový výsledok experimentu LHCb v CERN-e

23. 3. 2021

Kolaborácia ALICE otvorila cestu pre vysoko presné štúdium silnej sily

10. 12. 2020

Copyright © 2013, 2020 Svet častíc | Powered by OctoberCMS | Webdesign freelance studio, s.r.o.