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激光冷却抗氢性的突破可以揭示为什么重要主导宇宙

06 Apr 2021
抗氢冷冷却的插图
慢动作:显示α磁阱中的抗氢原子的运动片段,在激光冷却之前和之后。灰色轨道在冷却前,蓝色轨道在冷却后。 (礼貌:Chukman So / Triumf)

抗氢原子是首次激光​​冷却的,铺平了精确研究的方式,可以揭示为什么宇宙中的反物质有更多的问题。冷却是由瑞士核心核心核心的国际物理学家国际团队进行的,他使用了一种新型的激光来冷却抗伞,然后用前所未有的精度测量抗氢的关键电子转换。他们的突破可能导致改善反物质的其他关键特性的测试。

在实验室中有史以来观察到的每个过程中,几乎每个由粒子物理学的标准模型预测的每个过程,粒子的产生总是伴随着其抗披肩的创​​造。相反,当粒子及其抗披肩相遇时,两个湮灭。然而,一个无可争议的事实是,我们生活在一个宇宙中,这几乎完全完全造成了重要的问题 - 提出了在没有相当数量的大爆炸的情况下创造了大量物质的问题。

在标准模型中,颗粒(例如电子)的物理性质看起来与其反物质等效(正电子) - 电子和正弦具有相同的质量但相反的电荷相反。因此,寻找粒子之间的微小差异及其反物质等同物可以在宇宙中的问题 - 反物质不对称上阐明。这样做的一种方法是制造和研究抗氢性,其包括正电子和抗滴水。

湮灭问题

与普通氢一样,抗氢原的量子特性在低温下更清晰。然而,冷却抗凝固性抗氢性远远远非直接。用于冷却物质的许多技术都是不可用的:交感神经冷却,其中原子通过与不同原子碰撞而失去能量,这是不可行的,因为它们会消灭。蒸发冷却,除了最寒冷的原子之外的陷阱,陷阱,与它们一起服用能量,目前是不可能的,因为抗凝固是难以产生的:“这不是一个选择反物质的选择,” 杰弗里山雀 丹麦的奥胡斯大学 抗氢激光物理仪 (alpha)核心实验; “我们没有数字;我们没有密度。“

一种可能性是多普勒冷却,其作用 - 矛盾 - 通过激动原子。如果以低于激发电子转换所需的激光频率照射原子,则向梁移动的原子将看到辐射蓝移位并且可以吸收光子。当这种激动的状态衰变时,它会使比最初吸收的能量更多,冷却样品。该技术广泛与其他原子一起使用,但面临氢气的问题 - 到目前为止已经生产了迄今为止的一个原子的原子。唯一合适的转变是1S和2P轨道之间的Lyman-α过渡,涉及在121nm左右的真空紫外波长下的光。然而,在该地区没有操作的实用激光器,并且在多年的尝试之后,开发连续波121nm激光器的努力。

“很多悲伤”

对于新的工作,同胞阿尔法成员 Makoto Fujiwara. 从加拿大的Triumf建议他们尝试使用脉冲激光冷却,并与同事一起出发,以生产从729.4 nm连续波激光灯的产生121.6 nm激光脉冲的装置:“回想起来似乎有点明显的事情, “富士瓦拉说,但沉淀说富士瓦拉”当他提出这个以及开始建造激光时,我们在我们的一些同事们感到很大悲伤。

然后,研究人员设计了一个透明端的圆柱形磁阱。在一端,他们​​从Cern的Antiproton Dexerator注入Antiprotons。另一方面,他们添加了正数。几小时后,大约1000个抗氢原子积累在陷阱的中心。然后研究人员使用激光来冷却原子。它们在纸上没有报告最终温度,因为原子没有达到热平衡,但锐化的莱曼-α峰值显示出的原子比先前的实现更慢。

爱因斯坦的等价原则

研究人员接下来测量了抗氢原中的1S和2S轨道之间的过渡的频率:“我们在氢气中最熟悉的是,它绝对测量到大约10的精确度-15,“哈斯特说,”这就是我们想要与抗氢相进行比较的事情。“他们的新结果表明,冷却的精度有所改善,他们打算在将来的工作中与氢的比较报告。该团队还希望研究抗氢原的其他性质,从爱因斯坦的等价原则开始,这表示,事项和反物质在重力下行为相同。

Fujiwara将团队的成功描述为“革命”和 VladanUlyić. 马萨诸塞州理工学院(未参与工作)同意:“具有冷却氢或抗氢性的主要挑战一直是…具有必要光谱纯度的这种短波长的激光辐射产生激光辐射…你在这个非常复杂的实验之上建立了这一点:你首先需要制造反罗本耳洞;您需要将它们与电磁陷阱中的正弦一起捕获;你需要将它们中和它们进入抗氢性,然后在所有你需要带来激光冷却的顶部。“

研究描述了 自然.

版权©2021由IOP Publishing Ltd和个人贡献者