מדענים קיררו בהצלחה יוני פוזיטרוניום בלייזר בפעם הראשונה!

במחקר שנערך לאחרונה, מערכת AEgIS תחת המרכז האירופי לחקר גרעיני (CERN) הצליחה לקרר בלייזר יוני פוזיטרוניום, תוך כדי צעד חשוב לעבר מערכת חומר אנטי-חומר הפולטת קרני גמא דמויות לייזר.
תוצאות הניסוי הזה לא רק מספקות תמיכה חזקה לבדיקות דיוק גבוהות של האם אנטי-חומר וחומר נופלים לכדור הארץ באותו אופן, אלא גם סוללות את הדרך למגוון חדש לגמרי של מחקר אנטי-חומר, כולל האפשרות לייצר קרני גמא לייזרים.
מערכת Aegis (AEgIS) היא אחד מכמה ניסויים לייצור ולחקור אטומי אנטי-מימן במפעל האנטי-חומר של CERN, שמטרתם לבדוק בדיוק רב האם אנטי-חומר וחומר נופלים שניהם לכדור הארץ באותו אופן.
במאמר שפורסם לאחרונה ב-Physical Review Letters, שיתוף הפעולה של AEGIS מדווח על הישג ניסיוני שלא רק עוזר להשיג מטרה זו, אלא גם סולל את הדרך למגוון חדש לגמרי של מחקר אנטי-חומר, כולל הסיכוי לייצור לייזר קרני גמא , מה שיאפשר לחוקרים לראות לתוך גרעין אטום בפנים ולהיות בעל יישומים מעבר לפיזיקה.
המטרה של AEGIS, אחד מכמה ניסויים במפעל האנטי-חומר של CERN, היא לחקור את התכונות של אטומי אנטי מימן. כדי ליצור אנטי-מימן (פוזיטרון מסתובב סביב אנטי-פרוטון), AEgIS מכוון אלומת פוזיטרונים (אלקטרון מסתובב סביב פוזיטרון) לתוך ענן אנטי-פרוטונים שנוצר ומואט על ידי מפעל האנטי-חומר. כאשר אנטי-פרוטון ופוזיטרון נפגשים בענן האנטי-פרוטון, הפוזיטרון מוותר על הפוזיטרון שלו לאנטי-פרוטון, וכתוצאה מכך נוצר אנטי-מימן.
תהליך זה מאפשר ל-AEgIS לחקור את הפוזיטרון, מערכת אנטי-חומר שמעניינת כי היא מכילה רק שני חלקיקים נקודתיים - האלקטרון והאנטי-חומר שלו.
עם זאת, לפוזיטרון יש אורך חיים קצר ביותר של 142 מיליארדיות השנייה, ולאחר מכן מתכלה לקרני גמא. כדי לחקור את החלקיק הקצר הזה, צוות AEGIS יישם בהצלחה טכניקות קירור בלייזר על מדגם של פוזיטרונים.
זהו הישג שהושג על ידי צוות AEGIS. על ידי הפעלת קירור לייזר על דגימת פוזיטרונים, הם הצליחו להוריד את טמפרטורת הדגימה מ-380 מעלות צלזיוס ל-170 מעלות צלזיוס, ירידה של יותר מחצי. הישג זה מספק בסיס איתן לניסויים הבאים, והצוות שואף להפחית עוד יותר את הטמפרטורה מתחת ל-10 קלווין.
הצלחתם של פוזיטרונים מקוררים בלייזר פותחת אפשרויות חדשות למחקר אנטי-חומר. ראשית, היא איפשרה מדידות דיוק גבוהות של מערכות חומר אנטי-חומר, ועזרה לחשוף פיזיקה חדשה. שנית, הטכניקה גם אפשרה לחוקרים לייצר קונדנסטים פוזיטרוניים של Bose-Instein, שהם קונדנסטים שבהם כל הרכיבים תופסים את אותו מצב קוונטי. קונדנסטים כאלה נחשבים מועמדים ליצירת אור גמא קוהרנטי, שצפוי לספק לחוקרים הצצה לתוך גרעיני אטום.
"אם הקונדנסט של אנטי-חומר Bose-Einstein מסוגל לייצר אור גמא קוהרנטי, זה יהיה כלי רב עוצמה בתחום המחקר הבסיסי והיישומי, שיאפשר לחוקרים לקבל תובנה על המסתורין של גרעיני אטום". אמר Ruggero Caravita.
נזכיר כי טכנולוגיית קירור לייזר יושמה לראשונה על אטומים אנטי-חומר לפני שלוש שנים. עיקרון הליבה טמון בהאטה הדרגתית של האטומים באמצעות תהליך מחזורי של ספיגת פוטון ופליטת פוטונים, שמתממש בעיקר על ידי לייזרים צר פס הפולטים אור בטווח תדרים קטן. עם זאת, צוות AEGIS השתמש בטכנולוגיית לייזר פס רחב ייחודית במחקר שלהם.
עוד מסביר Ruggero Caravita, "היתרון של טכניקת הלייזר בפס רחב הוא שהיא יכולה לקרר ביעילות לא רק מדגם קטן של פוזיטרונים, אלא גם מדגם גדול הרבה יותר של פוזיטרונים. בנוסף, לא השתמשנו בשדות חשמליים או מגנטיים חיצוניים במהלך הניסוי, שלא רק מפשט את מערך הניסוי אלא גם מאריך את משך החיים של הפוזיטרונים."
שיתוף הפעולה של AEGIS שיתף את תוצאות המחקר שלו על קירור לייזר פוזיטרונים עם צוותים עצמאיים המשתמשים בטכניקות שונות, ובאותו יום פרסם את התוצאה החשובה הזו בשרת ה-preprint arXiv לעיון ולמידע של חוקרים ברחבי העולם.