AEgIS Antimadde Deneyi

AEgIS deneyi, lazerle soğutulan pozitronyum ile yeni antimadde çalışmalarının önünü açıyor.

AEgIS, pozitronyumu ilk kez lazer ışığıyla soğutarak, lazer benzeri gama ışını ışığı yayan bir madde-antimadde sistemine doğru ilk adımı atmış olabilir.

AEgIS, antimadde ve maddenin Dünya'ya aynı şekilde düşüp düşmediğini yüksek hassasiyetle test etmek amacıyla CERN'in Antimadde Fabrikasında antihidrojen atomları üreten ve inceleyen çeşitli deneylerden biridir. Yakın zamanda Physical Review Letters'da yayınlanan bir makalede, AEgIS işbirliği sadece bu hedefe ulaşmaya yardımcı olmakla kalmayıp aynı zamanda gama ışını lazeri üretme ihtimali de dahil olmak üzere tamamen yeni bir dizi antimadde çalışmasının önünü açacak deneysel bir başarıyı bildiriyor. Bu, araştırmacıların atom çekirdeğinin içine bakmasına ve fiziğin ötesinde uygulamalara sahip olmasına olanak tanıyacak.

Antihidrojen (bir antiprotonun yörüngesinde dönen bir pozitron) oluşturmak için AEgIS, bir pozitronyum ışınını (bir pozitronun yörüngesinde dönen bir elektron) Antimadde Fabrikasında üretilen ve yavaşlatılan bir antiproton bulutuna yönlendirir. Bir antiproton ve bir pozitronyum antiproton bulutunda buluştuğunda, pozitronyum pozitronunu antiprotona vererek antihidrojeni oluşturur.

Bu şekilde antihidrojen üretmek, AEgIS'in dünya çapında deneylerle araştırılan, başlı başına bir antimadde sistemi olan pozitronyumu da inceleyebileceği anlamına geliyor.

Pozitronyumun ömrü çok kısadır ve saniyenin 142 milyarda biri kadar bir sürede gama ışınlarına dönüşerek yok olur. Ancak AEgIS sözcüsü Ruggero Caravita, yalnızca iki nokta benzeri parçacık, elektron ve onun antimadde muadili içerdiği için "deney yapmak için mükemmel bir sistem" diyor ve ekliyor: "diğer deneysel zorlukların yanı sıra, bir pozitronyum örneğinin de yüksek hassasiyetle ölçebilecek kadar soğutulmalıdır”.

Bu, AEgIS ekibinin başardığı bir başarıdır. Bir pozitronyum numunesine lazer soğutma tekniği uygulanarak, işbirliği halihazırda numunenin sıcaklığını yarıdan fazla bir oranda, 380 derece kelvin'den 170 dereceye düşürmeyi başardı. Takip deneylerinde ekip 10 derece Kelvin sınırını aşmayı hedefliyor.

AEgIS'in pozitronyumu lazerle soğutması, antimadde araştırmaları için yeni olanaklar sunuyor. Bunlar, yeni fiziği ortaya çıkarabilecek bu egzotik ama basit madde-antimadde sisteminin özelliklerinin ve yerçekimi davranışının yüksek hassasiyetli ölçümlerini içerir. Aynı zamanda tüm bileşenlerin aynı kuantum durumunu işgal ettiği pozitronyum Bose-Einstein yoğunlaşmasının üretilmesine de olanak tanır. Böyle bir yoğunlaşma, bileşenlerinin madde-antimadde imhası yoluyla tutarlı gama ışını ışığı üretmeye aday olarak önerildi; aralarında sabit bir faz farkına sahip monokromatik dalgalardan oluşan lazer benzeri ışık.

"Bose-Einstein antimadde yoğunlaşması, hem temel hem de uygulamalı araştırmalar için inanılmaz bir araç olabilir; özellikle de araştırmacıların atom çekirdeğini inceleyebileceği tutarlı gama ışını ışığının üretilmesine izin verirse." Caravita diyor.

Antimadde atomlarına ilk kez yaklaşık üç yıl önce uygulanan lazer soğutma, birçok foton soğurma ve emisyon döngüsü boyunca atomları lazer fotonlarla azar azar yavaşlatarak çalışıyor. Bu normalde küçük frekans aralığına sahip ışık yayan dar bantlı bir lazer kullanılarak yapılır. Buna karşılık, AEgIS ekibi çalışmalarında geniş bantlı bir lazer kullanıyor.

Caravita şöyle açıklıyor: "Geniş bantlı bir lazer, pozitronyum numunesinin yalnızca küçük bir kısmını değil büyük bir kısmını da soğutur." "Dahası, deneyi herhangi bir harici elektrik veya manyetik alan uygulamadan gerçekleştirdik, bu da deney düzeneğini basitleştirdik ve pozitronyum ömrünü uzattık."

AEgIS işbirliği, pozitronyum lazer soğutma başarısını, farklı bir teknik kullanan ve sonuçlarını   AEgIS ile aynı gün arXiv ön baskı sunucusunda yayınlayan bağımsız bir ekiple paylaşıyor.

Kaynak

CERN