Международное сотрудничество AEgIS (Эксперимент с антивеществом: гравитация, интерферометрия, спектроскопия) в ЦЕРН впервые экспериментально продемонстрировало охлаждение позитрония (Ps) с использованием особой лазерной системы (на александритовой основе), специально разработанной с учетом необходимых требований: высокая интенсивность, большая полоса пропускания и большая длительность импульса.
Целью сотрудничества AEgIS в ЦЕРН в Швейцарии является измерение влияния гравитационного поля Земли на антивещество, в частности, на атомы антиводорода. Антиводород производится с использованием позитрония, который состоит из связанных вместе электрона и позитрона. Чем холоднее позитроний, тем выше скорость производства антиводорода. Исследователи AEgIS потратили последние четыре года, пытаясь разработать способ охлаждения позитрония.
Успешное охлаждение атомов позитрония повлияло на исследования антивещества и позволило провести новые эксперименты в области квантовой электродинамики и потенциального конденсата Бозе-Эйнштейна.
Лазерное охлаждение позитрония — гораздо более сложная задача, чем лазерное охлаждение обычных атомов. Позитроний может выжить только 140 наносекунд, прежде чем аннигилировать, даже в сверхвысоком вакууме. Более того, соответствующая частота перехода для охлаждения позитрония находится в глубоком ультрафиолете, где лазерная технология остается менее эффективной.
Коллаборация AEgIS разработала специальную лазерную систему, в которой в качестве лазерной среды используется минерал александрит. Лазеры на основе александрита излучают волны глубокого ультрафиолета, но устройства, отвечающие требованиям по интенсивности и длине импульса для охлаждения позитрония, коммерчески недоступны.
Исследователям также пришлось преодолеть еще одно серьезное препятствие: чтобы избежать потери атомов позитрония в процессе охлаждения, необходимо было устранить любые внешние электрические и магнитные поля. В результате электростатическое оборудование, используемое для манипулирования позитронием, должно было отключаться за считанные наносекунды.
Практически одновременно с исследователями AEgIS о технологии охлаждения позитрония заявила независимая группа Токийского университета, которая использовала совершенно другую лазерную систему.
Получение достаточно «холодных» атомов Ps имеет первостепенное значение для фундаментальной науки.
Фото: ЦЕРН
