Fisikawan CERN Frigid Antimatter Latihan Sinar Laser untuk Pertama Kalinya thumbnail

Fisikawan dari ALPHA (Antihydrogen Laser Physics Equipment) Collaboration di CERN telah secara efisien mendemonstrasikan pendinginan laser antihidrogen, atom antimateri yang terdiri dari antiproton dan positron.

Trapped antihydrogen atoms being cooled. Image credit: Chukman So.

Atom antihidrogen yang terperangkap menjadi didinginkan. Karakterisasi kredit: Chukman So.

Antimateri ialah kebutuhan pada dasarnya pada objek mekanika kuantum yang paling sukses dari fisika partikel. Ini ternyata dapat diakses di laboratorium dalam kaitannya dengan satu abad yang lalu dengan penemuan positron bermuatan positif.

Saat subjek dan perangkat antimateri secara kolektif terjadi pemusnahan; Sebuah tindakan di mana partikel lama pergi.

Pemusnahan mungkin mungkin juga diperhatikan di laboratorium dan bahkan compang-camping dalam taktik diagnostik ilmiah mirip scan tomografi emisi positron.

Meskipun demikian, antimateri adalah teka-teki. Jumlah antimateri dan subjek yang sama terbentuk dalam Ledakan Monumental, tetapi kesimetrian ini tidak lagi dipertahankan pada ketika ini karena antimateri tampaknya ada dalam kaitannya dengan absen dari Alam Semesta yang dilihat.

“Cara atom antihidrogen yang membeku laser ialah pengubah rekreasi untuk pengukuran spektroskopi dan gravitasi, dan mungkin mungkin mengarah pada perspektif unik dalam analisis antimateri, mirip pengenalan molekul antimateri dan datangnya interferometri atom antihidrogen, “Kata Dr. Jeffrey Hangst, juru bicara ALPHA Collaboration.

” Kami berada di atas Bulan. Sekitar satu dekade yang lalu, laser pendingin antimateri dulunya berada di ranah fiksi ilmiah. ”

Fisikawan ALPHA melakukan atom antihidrogen dengan mengambil antiproton dari Antiproton Decelerator CERN dan mengikatnya dengan positron yang berasal dari sumber natrium-22.

Kemudian membatasi atom antihidrogen berikut dalam daya pikat magnet, yang mencegahnya untuk bersentuhan dengan subjek dan memusnahkan.

Selanjutnya, para peneliti pada kesempatan menemukan cerita spektroskopi, yaitu, mengukur respons atom antimateri terhadap radiasi elektromagnetik – laser lembut atau gelombang mikro.

Cerita-cerita ini telah memungkinkan mereka untuk, Sebagai contoh, ukur transisi elektronik 1S-2S dalam antihidrogen dengan presisi yang belum pernah terjadi sebelumnya.

Meskipun demikian, ketepatan pengukuran spektroskopi tersebut dan pengukuran yang disengaja di masa mendatang dari perilaku antihidrogen dalam gravitasi bumi. disiplin dalam eksperimen yang sedang berlangsung ialah khusus oleh kinetik energi atau, setara, suhu, dari atom antimateri.

Di sinilah pendinginan laser masuk. Dalam sistem ini, foton laser diserap oleh atom, menyebabkan mereka mencapai peningkatan -energi menyatakan.

Atom antimateri kemudian memancarkan foton dan secara spontan meluruh membantu pernyataan awal mereka.

Karena interaksi akan bergantung pada atom kecepatan dan karena foton menyuarakan momentum, mengulangi waktu siklus emisi-absorpsi ini dan tetapi sekali lagi menghasilkan pendinginan atom ke suhu rendah.

Dalam pandangan yang unik, para ilmuwan ALPHA telah berada dalam posisi untuk membekukan laser sampel atom antihidrogen yang terperangkap secara magnetis oleh waktu dan tetapi sekali lagi menggunakan atom antihidrogen dari atom ‘pernyataan energi terendah (1S menyatakan) ke peningkatan energi menyatakan (2P) menggunakan laser berdenyut lembut dengan frekuensi hanya di bawah transisi antara dua keadaan.

Setelah menerangi tr atom apped selama berjam-jam, mereka melihat lebih dari sepuluh kali lipat penurunan energi kinetik median atom, dengan banyak atom antihidrogen mencapai energi di bawah mikroeletronvolt (sekitar 0,012 tingkat di atas nol mutlak dalam suhu identik).

Setelah secara efisien mendinginkan atom antihidrogen, tim ALPHA menyelidiki bagaimana pendinginan laser menghipnotis dimensi spektroskopi dari transisi 1S-2S dan menemukan bahwa pendinginan menghasilkan garis spektrum yang lebih sempit untuk Transisinya – sekitar empat kali lebih sempit dari yang terlihat tanpa pendinginan laser.

“Demonstrasi kami perihal pendinginan laser atom antihidrogen dan kegunaannya untuk spektroskopi 1S – 2S adalah akibat dari analisis dan sifat antimateri selama bertahun-tahun di Deselerator Antiproton CERN,” kata Dr. Hangst .

“Ini pada dasarnya ialah eksperimen paling rumit yang pernah kami lakukan.”

“Historis ly, para peneliti telah berjuang untuk menghasilkan hidrogen unik yang sangat dingin, jadi ini telah menjadi mimpi kecil yang menggelisahkan bagi kami selama beberapa tahun, “kata Dr. Makoto Fujiwara, fisikawan di TRIUMF, sentra akselerator partikel Kanada, yang mengusulkan untuk membuat latihan laser berdenyut untuk mendinginkan antihidrogen yang terperangkap.

“Sekarang, kita dapat memimpikan hal-hal yang lebih gila lagi dengan antimateri.”

“Dengan ini sistem, kita dapat mengatasi misteri cinta lama berdiri: Bagaimana antimateri mengenali gravitasi? Dapatkah antimateri membantu kita memahami kesimetrian dalam fisika ?. Jawaban ini mungkin mungkin secara mendasar mengubah kesadaran kita perihal Alam Semesta kita, “kata Dr. Takamasa Momose, fisikawan di College of British Columbia.

” Karena sekarang tidak ada yang namanya a antihidrogen, sekarang kita harus mengoperasikannya di lab di CERN. Ini ialah prestasi yang berharga bahwa kita sekarang dapat lebih jauh lagi dengan antihidrogen yang sangat beku dan mencapai dimensi spektroskopi yang benar-benar sempurna, semuanya tidak lagi dalam satu hari, ”kata Profesor Niels Madsen, seorang fisikawan di Swansea College.

“Paling sederhana dua tahun lalu, spektroskopi aku sendiri akan mencuri sepuluh minggu. Pengaturan kami ialah untuk menganalisis kalau sifat antihidrogen kami cocok dengan hidrogen unik mirip yang diantisipasi oleh simetri. “

” Disparitas, meskipun kecil, mungkin mungkin membantu menawarkan di antara pertanyaan-pertanyaan yang mendalam antimateri sekitar. “

” Akibat akhir yang spektakuler ini membawa analisis antihidrogen ke tingkat berikutnya, karena peningkatan presisi yang dihasilkan oleh pendinginan laser menempatkan kita dalam persaingan dengan eksperimen pada subjek yang unik, “kata Profesor Stefan Eriksson, fisikawan Swansea College.

“Berikut ini gambaran mammoth karena spektrum hidrogen yang kami tinjau telah diukur dengan ketepatan yang mengejutkan, yaitu lima belas digit. Kami sudah meningkatkan eksperimen kami untuk menemui sisi negatifnya! ”

Makalah tim ini pernah diterbitkan di jurnal Nature .

_____

CJ Baker dkk . 2021. Pendinginan atom antihidrogen dengan laser. Alam 592, 35-42; doi: 10.1038 / s41586-021-03289-6

Read More