反物质:科学家通过用激光爆炸它来陷阱难以捉摸的材料

被困的抗原子被冷却

CERN科学家首次成功地用激光进行了激光冷却反物质。信贷:Chukman如此

反物质被认为在我们宇宙的故事中发挥着重要作用。这是对应物的:各方面相同 - 具有质子,中子和电子 - 但具有相反的电荷。根据我们对此的最佳理解物理法则,今天的宇宙应该被物质和反物质平等地填充。

然而,据我们所知,不是。反物质是难以捉摸的,现代物理学中的一个主要难题是我们如何解释“对称的“宇宙的相同零件重要性和反物质,在几十年来搜查后,宇宙似乎几乎完全没有失效的反物质。

试图解开这种宇宙神秘,物理学家正在研究反物质的各种特征。特别是,我们对物质和反物质之间的小差异感兴趣,可以解释我们观察到的不对称 - 反过来验证现有的物理法律。

但研究反物质是非常困难的。创造它需要大量的能量,即使那么它可能会消失:当它与我们周围的事情接触时歼灭自己。

研究我的同事们c我制作了一种方法来创造,陷阱和激光冷却的反物质,足以让我们瞄准全新的更准确的测量。我们的实验可能是解决我们宇宙中缺失的反物质的神秘性的重要一步。

制作反物质

正如原子组成的那样,反物质是由抗凝固物组成的。最简单的抗抗氨基是抗氢原子,首次创建1995年通过CERN和首先是衡量的2012年。由一个抗腐核,抗氢(和氢气,其对应物)仅包括一个抗电器(称为正电子),在宇宙中具有最简单的原子结构。

但制备抗氢性并不容易。问题的古典高能量物理方法使用核心池 - 核撞机,如核心的LHC - 将大量的动能转化为我们学习的血清原子弹片中的血清原子弹片。

电磁陷阱在空间中占用带电粒子

我们的电磁陷阱的演示显示了它产生的力量如何在空间中保持带电粒子。信用:尼尔斯·迪森

粒子促进剂可用于产生反滴答。尽管如此,我们需要100万质子,最终在Antiproton中最终“储存”的能量至少2600万次。这使得每次Antiproton都令人难以置信地珍贵。

一旦我们创造了足够的反水解,我们需要抗电器(正弦)以建造我们的抗伞。愉快地,正好可以很容易地收集放射源。通过收集我们的核心成分,我们只需要将它们结合起来。

这是通过将反润耳和正弦迫使在电磁阱内接触来实现。至关重要的是,这必须在真空中发生,因为如果抗粒子与装置的任何部件接触 - 这当然是由物质制成的 - 它们只是彻底消灭接触,完全消失。只有在所有这些步骤之后,我们才能通过磁场的组合形成可用的抗氢原子,在真空中固定。

测量抗氢性

在这种状态下,可以进行抗氢的测量。我们希望衡量的是抗氢性的两个能量状态之间的关键原子转变原子。该转变特别适用于精确测量,并且氢气中的等同物已经用惊人的15位精度来测量。

我们将抗氢测量与12位小数的精度。这比普通氢的最精确测量较差,倍率为1,000,但目前任何人都完成的抗氢的最佳衡量标准。

但是,由于其动能,我们测量的一个关键限制是抗凝固物在陷阱本身中的运动。通过进一步减少这一运动,我们的测量更准确。我们的实验首次通过用激光爆破抗凝固来实现这一点。

激光冷却

激光器中的光由光子组成,其携带自己的动力。当原子吸收光子时,原子的速度略有变化。通过遵循这一基本原理,我们知道我们可以使用激光束中包含的势头来减少被困抗凝固件的动能 - 冷却它们更接近绝对零度

当他们朝激光移动时,要求我们只用光子击中抗伞子,因为这实际上会抵消抗真菌的一些速度:有点像你如何施加力量在秋千上慢慢慢慢慢慢孩子。

液氦有助于冷却抗氢

液氦有助于在我们的陷阱中冷却抗氢 - 但是激光器有助于进一步降低温度。信用:尼尔斯·迪森

通过使用这一目标激光冷却,我们设法将储存的抗氢的温度降低了十倍的倍数,这有可能通过四倍提高未来的测量精度。

我们还没有足够的测量来发布新的,更精确的抗氢性数据 - 但即将到来。除此之外,我们的激光冷却技术使我们在物质和反物质的许多测量中向我们迈出了更高的精度,并使我们更接近氢本身的更精确测量。

激光冷却打开了测量抗氢性的激动可能性。结合现有的技术,使我们能够积累相对大量的抗催化剂(每天成千上万的抗伞),我们很快就会更多地了解了抗氢的性质 - 而额外的知识可以帮助我们理解为什么重要的是我们宇宙中的任何地方反物质是如此难以捉摸。

由斯旺西大学物理学教授Niels Madsen撰写。

最初发表于谈话谈话

有关这项研究的更多信息:

Reference: “Laser cooling of antihydrogen atoms” by C. J. Baker, W. Bertsche, A. Capra, C. Carruth, C. L. Cesar, M. Charlton, A. Christensen, R. Collister, A. Cridland Mathad, S. Eriksson, A. Evans, N. Evetts, J. Fajans, T. Friesen, M. C. Fujiwara, D. R. Gill, P. Grandemange, P. Granum, J. S. Hangst, W. N. Hardy, M. E. Hayden, D. Hodgkinson, E. Hunter, C. A. Isaac, M. A. Johnson, J. M. Jones, S. A. Jones, S. Jonsell, A. Khramov, P. Knapp, L. Kurchaninov, N. Madsen, D. Maxwell, J. T. K. McKenna, S. Menary, J. M. Michan, T. Momose, P. S. Mullan, J. J. Munich, K. Olchanski, A. Olin, J. Peszka, A. Powell, P. Pusa, C. Ø. Rasmussen, F. Robicheaux, R. L. Sacramento, M. Sameed, E. Sarid, D. M. Silveira, D. M. Starko, C. So, G. Stutter, T. D. Tharp, A. Thibeault, R. I. Thompson, D. P. van der Werf and J. S. Wurtele, 31 March 2021,自然
DOI:10.1038 / S41586-021-03289-6

1条评论关于“反物质:科学家通过用激光爆炸它陷阱难以捉摸的材料”

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