CERN ve Tokyo Üniversitesi'ndeki fizikçilerden oluşan ekipler, uçucu ve kısa ömürlü bir parçacığı anlama yolunda önemli bir adım attı.
AEgIS işbirliği, deneyin özelliklerini karşılayacak şekilde tasarlanmış bir lazer kullanarak bir pozitronyum bulutunun sıcaklığını yarıdan fazla düşürmeyi başardı. Bu egzotik parçacıklar topluluğu sadece bir elektron ve onun antiparçacığı olan pozitrondan oluşuyor.
Bu arada, Tokyo Üniversitesi'nden fizikçi Kenji Shu liderliğindeki Japonya'daki Yüksek Enerji Hızlandırıcı Araştırma Örgütü'nden bir ekip, bir pozitronyum bulutunun sıcaklığını yaklaşık bir Kelvin'e (-272 °C) düşürerek elektron ve pozitron hızlarının genel hızını ve dağılımını önemli ölçüde azalttı.
Pozitronyum bilinen en hafif parçacık sistemidir ve son derece kararsızdır. Madde ve antimadde birbirini yok eder, hem de kolayca, bir radyasyon parıltısı yayarak. Pozitronyum saniyenin 142 milyarda biri kadar bir sürede kendini yok eder ve bir gama ışını patlamasıyla yok olur.
Buna ek olarak, deneysel çalışmalar için gerekli bulutlarda üretildiğinde pozitronyum çok çeşitli hızlarda zıplar, bu da onu saptamayı gerçekten zorlaştırır.
Bunu çözmenin bir yolu pozitronyumu soğutmak olacaktır. Bu, parçacıklarını yavaşlatacak ve böylece özelliklerinin daha doğru ölçümleri alınabilecektir.
Ama bunu söylemek yapmaktan daha kolay. Gazların hızı çeşitli yollarla düşürülebilir, ancak birçok yöntem için zaman gerekir; örneğin daha enerjik parçacıklar uzaklaştırılır, böylece hız dağılımı daha yavaş olanlara doğru yönelir.
Lazer soğutma, foton absorbe eden ve yayan parçacıklara dayanan bir sıcaklık düşürme yöntemidir. Bir parçacık foton emdiğinde enerji kazanır; foton yaydığında ise enerji kaybeder.
Lazer ışığı gelen parçacıkların yolu boyunca yönlendirilirse, bu parçacıklar fotonu emecek ve momentumunu değiştiren ve yavaşlatan rastgele bir yönde yeniden yayacaktır. Ancak lazer ışığının dalga boyunun parçacığın enerji seviyesine göre ayarlanması gerekir.
Bilim insanları pozitronyum için lazerle soğutma yöntemini ilk kez onlarca yıl önce, 1988'de önermişlerdi. Bunu başarmak bugüne kadar sürdü.
İki bağımsız ekip, farklı lazer soğutma teknikleri kullanarak örneklerinin hız dağılımını azaltmayı ve onları soğutmayı başardı. AEgIS, geniş bir hız dağılımını hedefleyen geniş bant lazer soğutma kullanarak örneklerinin sıcaklığını 106 °C'den -103 °C'ye düşürmeyi başardı – bu yarıdan fazla bir azalma demek.
Bu arada Shu'nun ekibi, kendi numunelerindeki parçacık hareketlerinin dağılımını küçültmek için parçacıkların yavaşlamasına uyacak şekilde lazerin ayarlanmasına dayanan chirp soğutmayı kullandı.
Antimadde üzerinde çalışmak için pek çok neden var. Bunların en önemlilerinden biri de nereye gittiğini bulmaktır.
Evren oluştuğunda, hem madde hem de antimaddenin eşit miktarda olması gerekirdi ve şu anda eşit bir dağılım yok (bu bizim için harika bir haber, çünkü aksi takdirde Evren muhtemelen yok olurdu). Antimaddenin her zaman madde ile aynı şekilde davranıp davranmadığını bilmek, bu gizem hakkında birkaç ipucu sağlamak için uzun bir yol kat edecektir.
Fizikçiler ayrıca pozitronyumdan bir Bose-Einstein yoğunlaşması yaratmak istiyorlar. Bu, bir parçacık bulutunun mutlak sıfırın hemen üzerine kadar soğutulmasıyla, tek bir süper parçacık gibi davranan yüksek yoğunluklu bir parçacık bulutunun ortaya çıkmasıdır. Fizikçiler, pozitronyum Bose-Einstein yoğunlaşmasının, içindeki pozitronyumun kendi kendini yok etmesi nedeniyle tutarlı gama ışını ışığı üretmek için kullanılabileceğine inanıyor.
Bu, Evreni oluşturan atomların en ince yapısını ortaya çıkarmak için kullanılabilecek güçlü bir araçtır.
CERN'den AEgIS sözcüsü Ruggero Caravita, "Antimaddenin Bose-Einstein yoğunlaşması hem temel hem de uygulamalı araştırmalar için inanılmaz bir araç olacaktır" diyor ve ekliyor: "Özellikle de araştırmacıların atom çekirdeğine bakabilecekleri tutarlı gama ışını ışığının üretilmesine izin verirse."
