Naukowcy z CERN-u i Uniwersytetu Tokijskiego osiągnęli światowe pierwszeństwo, dokonując znaczącego postępu w zrozumieniu nietrwałej cząsteczki pozytonium poprzez jej schłodzenie przy użyciu lasera. Pozytonium, składające się z elektronu i jego antycząstki, pozytonu, jest najlżejszym znanym układem cząsteczkowym, charakteryzującym się ekstremalną niestabilnością i zdolnością do samounicestwienia w 142 miliardowych części sekundy, emitując przy tym rozbłysk promieniowania gamma.
W eksperymencie AEgIS, realizowanym przez zespół fizyków z CERN, udało się obniżyć temperaturę chmury pozytonium o ponad połowę, co jest znaczącym osiągnięciem, biorąc pod uwagę, że pozytonium porusza się z ogromnym zakresem prędkości, co utrudnia dokładne pomiary jego właściwości. Z kolei zespół z Japonii, pod kierunkiem fizyka Kenji Shu z Uniwersytetu Tokijskiego, zredukował temperaturę pozytonium do około jednego Kelvina (-272 °C), znacząco zmniejszając prędkość i rozkład prędkości elektronów i pozytonów.
Chłodzenie laserowe, metoda redukcji temperatury oparta na absorpcji i emisji fotonów przez cząsteczki, została po raz pierwszy zaproponowana dla pozytonium w 1988 roku. Dzięki niej, oba niezależne zespoły zdołały zmniejszyć rozkład prędkości swoich próbek i schłodzić je. AEgIS zastosował chłodzenie laserowe szerokopasmowe, celując w szeroki zakres prędkości, co pozwoliło obniżyć temperaturę próbki z 380 Kelvina do 170 Kelvina (-103 °C), a zespół Shu użył chłodzenia chirp, polegającego na dostosowaniu lasera do deceleracji cząsteczek.
Badania nad antymaterią, w tym pozytonium, mają kluczowe znaczenie dla fizyki. Jednym z głównych celów jest rozwiązanie zagadki nierównomiernego rozkładu materii i antymaterii we wszechświecie, co ma fundamentalne znaczenie dla naszego istnienia. Ponadto, fizycy mają nadzieję stworzyć kondensat Bosego-Einsteina z pozytonium, stan materii schłodzony do temperatury bliskiej zera absolutnego, który działałby jak jedna super-cząsteczka. Taki kondensat mógłby być wykorzystany do generowania spójnego światła gamma, co otworzyłoby nowe możliwości w badaniach nad najdrobniejszą strukturą atomów.
Ruggero Caravita, rzecznik AEgIS z CERN, podkreśla, że kondensat Bosego-Einsteina z antymaterii byłby niezwykłym narzędziem dla badań podstawowych i stosowanych, zwłaszcza jeśli pozwoliłby na produkcję spójnego światła gamma, umożliwiającego badanie jądra atomowego.
Źródło: Physical Review Letters
