In uno studio recente, il sistema AEgIS del Centro europeo per la ricerca nucleare (CERN) ha avuto successoioni di positronio raffreddati al laser, compiendo un passo importante verso un sistema materia-antimateria che emette raggi gamma simili al laser.
I risultati di questo esperimento non solo forniscono un forte supporto per test ad alta precisione per verificare se l’antimateria e la materia cadono sulla Terra nello stesso modo, ma aprono anche la strada a una gamma completamente nuova di ricerche sull’antimateria, inclusa la possibilità di produrre raggi gamma. laser.
L'Aegis System (AEgIS) è uno dei numerosi esperimenti che producono e studiano atomi di anti-idrogeno presso l'Antimatter Factory del CERN, il cui obiettivo è testare con alta precisione se l'antimateria e la materia cadono entrambe sulla Terra nello stesso modo.
In un articolo recentemente pubblicato su Physical Review Letters, la collaborazione AEgIS riferisce di un’impresa sperimentale che non solo aiuta a raggiungere questo obiettivo, ma apre anche la strada a una gamma completamente nuova di ricerca sull’antimateria, inclusa la prospettiva di produrre laser a raggi gamma. , che consentirebbe ai ricercatori di vedere all'interno del nucleo di un atomo e di avere applicazioni oltre la fisica.
L'obiettivo di AEgIS, uno dei numerosi esperimenti presso l'Antimatter Factory del CERN, è studiare la natura degli atomi di anti-idrogeno. Per creare anti-idrogeno (un positrone che ruota attorno a un antiprotone), AEgIS dirige un fascio di positroni (un elettrone che ruota attorno a un positrone) in una nuvola di antiprotoni creata e rallentata dalla Antimatter Factory. Quando un antiprotone e un positrone si incontrano nella nube di antiprotoni, il positrone cede il suo positrone all'antiprotone, dando luogo alla formazione di antiidrogeno.
Questo processo consente all'AEgIS di studiare il positrone, un sistema di antimateria interessante perché contiene solo due particelle puntiformi: l'elettrone e la sua antimateria.
Tuttavia, il positrone ha una vita estremamente breve di 142 miliardesimi di secondo e successivamente si annichila in raggi gamma. Per studiare questa particella dalla vita breve, il team AEgIS ha applicato con successo tecniche di raffreddamento laser a un campione di positroni.
Questa è un'impresa compiuta dal team AEgIS. Applicando il raffreddamento laser a un campione di positroni, sono riusciti a ridurre la temperatura del campione da 380 gradi Celsius a 170 gradi Celsius, una riduzione di oltre la metà. Questa impresa fornisce una solida base per gli esperimenti successivi e il team mira a ridurre ulteriormente la temperatura al di sotto dei 10 Kelvin.
Il successo dei positroni raffreddati al laser apre nuove possibilità per la ricerca sull’antimateria. In primo luogo, ha reso possibili misurazioni ad alta precisione dei sistemi materia-antimateria, contribuendo a rivelare nuova fisica. In secondo luogo, la tecnica ha anche consentito ai ricercatori di produrre condensati di Bose-Einstein di positroni, ovvero condensati in cui tutti i componenti occupano lo stesso stato quantico. Si ritiene che tali condensati siano candidati per generare luce coerente di raggi gamma, che dovrebbe consentire ai ricercatori di dare una sbirciatina all'interno dei nuclei atomici.
"Se il condensato di antimateria di Bose-Einstein fosse in grado di produrre luce gamma coerente, sarebbe uno strumento immensamente potente nel campo della ricerca di base e applicata, consentendo ai ricercatori di approfondire i misteri dei nuclei atomici." Ruggero Caravita ha detto.
Ricordiamo che la tecnologia di raffreddamento laser è stata applicata per la prima volta agli atomi di antimateria tre anni fa. Il principio fondamentale risiede nel graduale rallentamento degli atomi attraverso un processo ciclico di assorbimento ed emissione di fotoni, realizzato principalmente da laser a banda stretta che emettono luce in un piccolo intervallo di frequenze. Tuttavia, nella ricerca il team AEgIS ha utilizzato una tecnologia laser a banda larga unica.
Ruggero Caravita spiega inoltre: "Il vantaggio della tecnica laser a banda larga è che può raffreddare efficacemente non solo un piccolo campione di positroni, ma anche un campione molto più grande di positroni. Inoltre, non abbiamo utilizzato alcun campo elettrico o magnetico esterno durante l'esperimento, che non solo semplifica la configurazione sperimentale ma estende anche la durata dei positroni."
La collaborazione AEgIS ha condiviso i risultati della ricerca sul raffreddamento del laser a positroni con team indipendenti che utilizzano tecniche diverse e lo stesso giorno ha pubblicato questo importante risultato sul server di prestampa arXiv per riferimento e informazione dei ricercatori di tutto il mondo.
