وفي دراسة حديثة، نجح نظام AEgIS التابع للمركز الأوروبي للأبحاث النووية (CERN).أيونات البوزيترونيوم المبردة بالليزر، مع اتخاذ خطوة مهمة نحو نظام المادة والمادة المضادة الذي ينبعث منه أشعة جاما تشبه الليزر.
لا توفر نتائج هذه التجربة دعمًا قويًا للاختبارات عالية الدقة لمعرفة ما إذا كانت المادة المضادة والمادة تسقط على الأرض بنفس الطريقة فحسب، بل تمهد الطريق أيضًا لمجموعة جديدة تمامًا من أبحاث المادة المضادة، بما في ذلك إمكانية إنتاج أشعة جاما. الليزر.
يعد نظام إيجيس (AEgIS) واحدًا من عدة تجارب لإنتاج ودراسة ذرات الهيدروجين المضاد في مصنع المادة المضادة التابع لـ CERN، والذي يهدف إلى اختبار بدقة عالية ما إذا كانت المادة المضادة والمادة تسقطان على الأرض بنفس الطريقة.
في ورقة بحثية نُشرت مؤخرًا في Physical Review Letters، أفاد تعاون AEgIS عن إنجاز تجريبي لا يساعد فقط على تحقيق هذا الهدف، ولكنه يمهد الطريق أيضًا لمجموعة جديدة كاملة من أبحاث المادة المضادة، بما في ذلك احتمال إنتاج ليزر أشعة جاما. والتي من شأنها أن تسمح للباحثين برؤية نواة الذرة بداخلها ولها تطبيقات تتجاوز الفيزياء.
الهدف من AEgIS، وهو واحد من عدة تجارب في مصنع CERN للمادة المضادة، هو دراسة طبيعة ذرات الهيدروجين المضاد. لإنشاء هيدروجين مضاد (بوزيترون يدور حول بروتون مضاد)، يوجه AEgIS شعاعًا من البوزيترونات (إلكترون يدور حول بوزيترون) إلى سحابة من البروتونات المضادة التي تم إنشاؤها وإبطائها بواسطة مصنع المادة المضادة. عندما يلتقي البروتون المضاد والبوزيترون في سحابة البروتون المضاد، يتخلى البوزيترون عن البوزيترون الخاص به إلى البروتون المضاد، مما يؤدي إلى تكوين الهيدروجين المضاد.
تسمح هذه العملية لـ AEgIS بدراسة البوزيترون، وهو نظام من المادة المضادة مثير للاهتمام لأنه يحتوي على جسيمين نقطيين فقط - الإلكترون والمادة المضادة.
ومع ذلك، فإن عمر البوزيترون قصير للغاية يبلغ 142 جزءًا من مليار من الثانية، ثم يفنى بعد ذلك إلى أشعة جاما. ولدراسة هذا الجسيم قصير العمر، نجح فريق AEgIS في تطبيق تقنيات التبريد بالليزر على عينة من البوزيترونات.
وهذا إنجاز أنجزه فريق AEgIS. ومن خلال تطبيق التبريد بالليزر على عينة بوزيترون، نجحوا في خفض درجة حرارة العينة من 380 درجة مئوية إلى 170 درجة مئوية، وهو انخفاض يزيد عن النصف. يوفر هذا العمل الفذ أساسًا متينًا للتجارب اللاحقة، ويهدف الفريق إلى خفض درجة الحرارة إلى أقل من 10 كلفن.
إن نجاح البوزيترونات المبردة بالليزر يفتح إمكانيات جديدة لأبحاث المادة المضادة. أولاً، أتاحت إجراء قياسات عالية الدقة لأنظمة المادة والمادة المضادة، مما ساعد على الكشف عن فيزياء جديدة. ثانيًا، مكنت هذه التقنية الباحثين أيضًا من إنتاج مكثفات بوزيترون بوز-آينشتاين، وهي مكثفات تشغل فيها جميع المكونات نفس الحالة الكمومية. يُعتقد أن مثل هذه المكثفات مرشحة لتوليد ضوء أشعة جاما متماسك، والذي من المتوقع أن يوفر للباحثين نظرة خاطفة داخل النوى الذرية.
"إذا كانت مكثفة بوز-آينشتاين من المادة المضادة قادرة على إنتاج ضوء أشعة غاما متماسك، فستكون أداة قوية للغاية في مجال الأبحاث الأساسية والتطبيقية، مما يسمح للباحثين بالحصول على نظرة ثاقبة حول أسرار النوى الذرية." قال روجيرو كارافيتا.
تذكر أن تقنية التبريد بالليزر تم تطبيقها لأول مرة على ذرات المادة المضادة منذ ثلاث سنوات. يكمن المبدأ الأساسي في التباطؤ التدريجي للذرات من خلال عملية دورية لامتصاص وانبعاث الفوتون، والتي تتحقق بشكل أساسي عن طريق أشعة الليزر ضيقة النطاق التي تنبعث الضوء في نطاق ترددي صغير. ومع ذلك، استخدم فريق AEgIS تقنية ليزر واسعة النطاق فريدة من نوعها في أبحاثهم.
يشرح روجيرو كارافيتا أيضًا قائلاً: "إن ميزة تقنية الليزر ذات النطاق العريض هي أنها يمكنها تبريد ليس فقط عينة صغيرة من البوزيترونات، ولكن أيضًا عينة أكبر بكثير من البوزيترونات. بالإضافة إلى ذلك، لم نستخدم أي مجالات كهربائية أو مغناطيسية خارجية خلال التجربة، التي لا تبسط الإعداد التجريبي فحسب، بل تعمل أيضًا على إطالة عمر البوزيترونات."
شاركت AEgIS Collaboration نتائج أبحاثها حول التبريد بالليزر البوزيتروني مع فرق مستقلة باستخدام تقنيات مختلفة، وفي نفس اليوم نشرت هذه النتيجة المهمة على خادم الطباعة المسبقة arXiv لتكون مرجعًا ومعلومات للباحثين في جميع أنحاء العالم.
