Para Ilmuwan Berhasil Mendinginkan Ion Positronium Dengan Laser Untuk Pertama Kalinya!

Dalam studi baru-baru ini, sistem AEgIS di bawah Pusat Penelitian Nuklir Eropa (CERN) berhasil mendinginkan ion positronium dengan laser, mengambil langkah penting menuju sistem materi-antimateri yang memancarkan sinar gamma mirip laser.
Hasil eksperimen ini tidak hanya memberikan dukungan kuat bagi pengujian presisi tinggi untuk mengetahui apakah antimateri dan materi jatuh ke Bumi dengan cara yang sama, namun juga membuka jalan bagi serangkaian penelitian antimateri baru, termasuk kemungkinan memproduksi sinar gamma. laser.
Sistem Aegis (AEgIS) adalah salah satu dari beberapa eksperimen yang memproduksi dan mempelajari atom anti-hidrogen di Pabrik Antimateri CERN, yang tujuannya adalah untuk menguji dengan presisi tinggi apakah antimateri dan materi jatuh ke Bumi dengan cara yang sama.
Dalam makalah yang baru-baru ini diterbitkan di Physical Review Letters, kolaborasi AEgIS melaporkan prestasi eksperimental yang tidak hanya membantu mencapai tujuan ini, namun juga membuka jalan bagi serangkaian penelitian antimateri baru, termasuk prospek memproduksi laser sinar gamma. , yang memungkinkan peneliti melihat inti atom di dalamnya dan memiliki penerapan di luar fisika.
Tujuan AEgIS, salah satu dari beberapa eksperimen di Pabrik Antimateri CERN, adalah mempelajari sifat-sifat atom anti-hidrogen. Untuk membuat anti-hidrogen (positron yang berputar mengelilingi antiproton), AEgIS mengarahkan berkas positron (elektron yang berputar di sekitar positron) ke dalam awan antiproton yang dibuat dan diperlambat oleh Pabrik Antimateri. Ketika antiproton dan positron bertemu di awan antiproton, positron menyerahkan positronnya kepada antiproton, sehingga terjadi pembentukan antihidrogen.
Proses ini memungkinkan AEgIS mempelajari positron, sistem antimateri yang menarik karena hanya mengandung dua partikel titik – elektron dan antimaterinya.
Namun, positron memiliki masa hidup yang sangat singkat, yaitu 142 miliar detik dan kemudian musnah menjadi sinar gamma. Untuk mempelajari partikel berumur pendek ini, tim AEgIS berhasil menerapkan teknik pendinginan laser pada sampel positron.
Ini adalah prestasi yang dicapai oleh tim AEgIS. Dengan menerapkan pendinginan laser pada sampel positron, mereka berhasil menurunkan suhu sampel dari 380 derajat Celcius menjadi 170 derajat Celcius, atau pengurangan lebih dari setengahnya. Prestasi ini memberikan dasar yang kuat untuk eksperimen selanjutnya, dan tim bertujuan untuk mengurangi suhu hingga di bawah 10 Kelvin.
Keberhasilan positron berpendingin laser membuka kemungkinan baru untuk penelitian antimateri. Pertama, hal ini memungkinkan pengukuran sistem materi-antimateri dengan presisi tinggi, membantu mengungkap ilmu fisika baru. Kedua, teknik ini juga memungkinkan para peneliti untuk menghasilkan kondensat Bose-Einstein positronik, yaitu kondensat yang semua komponennya menempati keadaan kuantum yang sama. Kondensat semacam itu dianggap sebagai kandidat untuk menghasilkan cahaya sinar gamma yang koheren, yang diharapkan dapat memberikan para peneliti gambaran tentang inti atom.
“Jika kondensat antimateri Bose-Einstein mampu menghasilkan cahaya sinar gamma yang koheren, ini akan menjadi alat yang sangat ampuh dalam bidang penelitian dasar dan terapan, yang memungkinkan para peneliti memperoleh wawasan tentang misteri inti atom.” kata Ruggero Caravita.
Ingatlah bahwa teknologi pendinginan laser pertama kali diterapkan pada atom antimateri tiga tahun lalu. Prinsip intinya terletak pada perlambatan bertahap atom melalui proses siklus penyerapan dan emisi foton, yang terutama diwujudkan oleh laser pita sempit yang memancarkan cahaya dalam rentang frekuensi kecil. Namun, tim AEgIS menggunakan teknologi laser broadband unik dalam penelitian mereka.
Ruggero Caravita lebih lanjut menjelaskan, “Keuntungan teknik laser broadband adalah teknik ini dapat secara efektif mendinginkan tidak hanya sampel positron yang kecil, namun juga sampel positron yang jauh lebih besar. Selain itu, kami tidak menggunakan medan listrik atau magnet eksternal apa pun selama ini. eksperimen tersebut, yang tidak hanya menyederhanakan pengaturan eksperimen tetapi juga memperpanjang masa pakai positron."
Kolaborasi AEgIS telah membagikan hasil penelitiannya tentang pendinginan laser positron dengan tim independen menggunakan teknik berbeda, dan pada hari yang sama memposting hasil penting ini di server pracetak arXiv untuk referensi dan informasi para peneliti di seluruh dunia.