Физики из ЦЕРН и Токийского университета охладили лазером антиматерию до 170 по Кельвину
Лазеры в науке 07.03.2024 Комментарии к записи Физики из ЦЕРН и Токийского университета охладили лазером антиматерию до 170 по Кельвину отключеныКоманды физиков из ЦЕРН и Токийского университета в сотрудничестве AEgIS понизили температуру облака позитронов, эффективно уменьшив общую скорость и распределение скоростей электронов и позитронов.
Используя специально сконструированный лазер, международная группа физиков снизила температуру позитрона всего до 0,8 Кельвина. Это невероятное событие в научном мире, которое вскоре может позволить открыть самую маленькую из существующих атомных частиц.
Мир, который мы видим вокруг себя, необычен и увлекателен. Но если мы спустимся в те действительно малые измерения, с которыми имеет дело квантовая физика, начнется настоящее «волшебство». Внезапно атом, который мы со школьных лет представляли себе как скопление протонов и нейтронов, вокруг которого расположены более мелкие «шарики» электронов, оказывается чем-то совсем другим. Внезапно появляется энергия, которая превращается в материю и наоборот. Затем появляется антиматерия и попытки понять ее распад, чтобы мир не аннигилировал.
Проблема в том, что изучать такие невообразимо маленькие элементы крайне сложно. Физики, пытающиеся изучить позитроны, эквивалент электронов в антиматерии, сталкиваются с проблемой их чрезвычайно быстрого движения. Это похоже на попытку усадить на стул в кабинете врача резвящегося ребенка, которому нужно заглянуть в горло.
Вот только в случае с позитронами для их замедления требуется охлаждение почти до абсолютного нуля. Ситуация усугубляется тем, что они крайне нестабильны. Материя и антиматерия аннигилируют друг с другом и легко выплевывают вспышку излучения. Позитрон аннигилирует в течение 142 миллиардных долей секунды, исчезая во вспышке гамма-излучения.
Международная команды физиков понизила температуру позитронного облака примерно до нуля по 170 К0, эффективно уменьшив общую скорость и распределение скоростей электронов и позитронов. Причем понижение температуры было осуществлено с помощью лазера. И вот тут у многих может возникнуть вопрос, если всем известно, что лазер – это энергия, то как же можно направить источник энергии в молекулу и ожидать, что она остынет? Действительно это возможно. Ученые впервые предложили метод лазерного охлаждения позитронов 36 лет тому назад. Но потребовалось много времени, чтобы усовершенствовать его.
Лазерное охлаждение — это метод снижения температуры, основанный на использовании частиц, которые поглощают и излучают фотоны. Когда частица поглощает фотон, она получает энергию; испуская фотон, он теряет энергию. Если лазерный свет направить вдоль пути входящих частиц, частицы поглотят фотон и повторно испустят его в случайном направлении, что изменит его импульс и замедлит его. Однако длина волны лазерного света должна соответствовать уровню энергии частицы.
Японские ученые настроила лазер так, что удалось больше чем в 2 раза понизить температуру облака с 380 К0 до 170 К0. Это один из шагов к созданию конденсата Бозе-Эйнштейна с позитроном. Ученые хотят получить облако частиц высокой плотности, которое будет действовать как одна суперчастица. Физики считают, что позитронный бозе-эйнштейновский конденсат пригодится для генерации когерентного гамма-излучения за счет самоаннигиляции позитрона в нем, а затем использовать этот свет для открытия мельчайшей структуры атомов, из которых состоит Вселенная.
