ในการศึกษาล่าสุด ระบบ AEgIS ภายใต้ศูนย์วิจัยนิวเคลียร์แห่งยุโรป (CERN) ประสบความสำเร็จไอออนโพซิตรอนที่ระบายความร้อนด้วยเลเซอร์ถือเป็นก้าวสำคัญสู่ระบบสสารปฏิสสารที่ปล่อยรังสีแกมมาคล้ายเลเซอร์
ผลการทดลองนี้ไม่เพียงแต่ให้การสนับสนุนอย่างมากสำหรับการทดสอบที่มีความแม่นยำสูงว่าปฏิสสารและสสารตกลงมายังโลกในลักษณะเดียวกันหรือไม่ แต่ยังปูทางไปสู่การวิจัยปฏิสสารแนวใหม่ทั้งหมด รวมถึงความเป็นไปได้ในการผลิตรังสีแกมมา เลเซอร์
Aegis System (AEgIS) เป็นหนึ่งในการทดลองหลายครั้งที่ผลิตและศึกษาอะตอมต่อต้านไฮโดรเจนที่โรงงานปฏิสสารของ CERN ซึ่งมีเป้าหมายคือการทดสอบด้วยความแม่นยำสูงว่าปฏิสสารและสสารทั้งคู่ตกลงสู่พื้นโลกในลักษณะเดียวกันหรือไม่
ในบทความที่ตีพิมพ์เมื่อเร็วๆ นี้ใน Physical Review Letters การทำงานร่วมกันของ AEgIS รายงานเกี่ยวกับความสำเร็จในการทดลองที่ไม่เพียงช่วยให้บรรลุเป้าหมายนี้เท่านั้น แต่ยังปูทางไปสู่การวิจัยปฏิสสารแนวใหม่ทั้งหมด รวมถึงโอกาสในการผลิตเลเซอร์รังสีแกมมา ซึ่งจะช่วยให้นักวิจัยมองเห็นนิวเคลียสของอะตอมที่อยู่ภายในและมีการใช้งานนอกเหนือจากฟิสิกส์
เป้าหมายของ AEgIS ซึ่งเป็นหนึ่งในการทดลองหลายครั้งที่โรงงานปฏิสสารของ CERN คือการศึกษาธรรมชาติของอะตอมต่อต้านไฮโดรเจน ในการสร้างสารต้านไฮโดรเจน (โพซิตรอนที่หมุนรอบแอนติโปรตอน) AEgIS จะควบคุมลำแสงโพซิตรอน (อิเล็กตรอนที่หมุนรอบโพซิตรอน) ไปยังกลุ่มเมฆของแอนติโปรตอนที่สร้างขึ้นและชะลอความเร็วโดยโรงงานปฏิสสาร เมื่อแอนติโปรตอนและโพซิตรอนมาพบกันในเมฆแอนติโปรตอน โพซิตรอนจะปล่อยโพซิตรอนให้กับแอนติโปรตอน ส่งผลให้เกิดแอนติไฮโดรเจน
กระบวนการนี้ทำให้ AEgIS สามารถศึกษาโพซิตรอน ซึ่งเป็นระบบปฏิสสารที่น่าสนใจเนื่องจากประกอบด้วยอนุภาคเพียงสองจุดเท่านั้น คือ อิเล็กตรอนและปฏิสสารของมัน
อย่างไรก็ตาม โพซิตรอนมีอายุขัยสั้นมากเพียง 142 พันล้านวินาที และต่อมาถูกทำลายจนกลายเป็นรังสีแกมมา เพื่อศึกษาอนุภาคอายุสั้นนี้ ทีม AEgIS ใช้เทคนิคการทำความเย็นด้วยเลเซอร์กับตัวอย่างของโพซิตรอนได้สำเร็จ
นี่คือความสำเร็จของทีม AEgIS ด้วยการใช้การระบายความร้อนด้วยเลเซอร์กับตัวอย่างโพซิตรอน พวกเขาประสบความสำเร็จในการลดอุณหภูมิของตัวอย่างจาก 380 องศาเซลเซียสเป็น 170 องศาเซลเซียส ซึ่งลดลงได้มากกว่าครึ่งหนึ่ง ความสำเร็จนี้เป็นรากฐานที่มั่นคงสำหรับการทดลองครั้งต่อไป และทีมงานมีเป้าหมายที่จะลดอุณหภูมิให้ต่ำกว่า 10 เคลวินต่อไป
ความสำเร็จของโพซิตรอนที่ระบายความร้อนด้วยเลเซอร์เปิดโอกาสใหม่สำหรับการวิจัยปฏิสสาร ประการแรก ได้มีการตรวจวัดระบบสสาร-ปฏิสสารที่มีความแม่นยำสูง ซึ่งช่วยเปิดเผยฟิสิกส์ใหม่ๆ ประการที่สอง เทคนิคนี้ยังช่วยให้นักวิจัยสามารถผลิตคอนเดนเสทโพซิตรอน โบส-ไอน์สไตน์ ซึ่งเป็นคอนเดนเสทที่ส่วนประกอบทั้งหมดมีสถานะควอนตัมเดียวกัน เชื่อกันว่าคอนเดนเสทดังกล่าวเป็นตัวเลือกสำหรับการสร้างแสงรังสีแกมมาที่สอดคล้องกัน ซึ่งคาดว่าจะช่วยให้นักวิจัยได้มองเห็นนิวเคลียสของอะตอมได้
“หากปฏิสสารควบแน่นของโบส-ไอน์สไตน์สามารถผลิตแสงรังสีแกมมาที่สอดคล้องกันได้ มันจะเป็นเครื่องมือที่ทรงพลังอย่างมากในด้านการวิจัยขั้นพื้นฐานและประยุกต์ ซึ่งช่วยให้นักวิจัยได้รับข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับความลึกลับของนิวเคลียสของอะตอม” รุจเกโร คาราวิต้า กล่าว
โปรดจำไว้ว่าเทคโนโลยีระบายความร้อนด้วยเลเซอร์ถูกนำมาใช้กับอะตอมปฏิสสารเป็นครั้งแรกเมื่อสามปีที่แล้ว หลักการสำคัญอยู่ที่การชะลอตัวของอะตอมอย่างค่อยเป็นค่อยไปผ่านกระบวนการดูดกลืนและการปล่อยโฟตอนแบบเป็นรอบ ซึ่งส่วนใหญ่ทำได้โดยใช้เลเซอร์ย่านความถี่แคบที่ปล่อยแสงในช่วงความถี่ต่ำ อย่างไรก็ตาม ทีมงาน AEgIS ใช้เทคโนโลยีเลเซอร์บรอดแบนด์ที่เป็นเอกลักษณ์ในการวิจัยของพวกเขา
Ruggero Caravita อธิบายเพิ่มเติมว่า "ข้อดีของเทคนิคเลเซอร์บรอดแบนด์ก็คือ สามารถทำความเย็นได้อย่างมีประสิทธิภาพไม่เพียงแต่โพซิตรอนตัวอย่างเล็กๆ เท่านั้น แต่ยังรวมถึงตัวอย่างโพซิตรอนที่มีขนาดใหญ่กว่ามากอีกด้วย นอกจากนี้ เราไม่ได้ใช้สนามไฟฟ้าหรือสนามแม่เหล็กภายนอกใดๆ ในระหว่างนี้ การทดลอง ซึ่งไม่เพียงทำให้การตั้งค่าการทดลองง่ายขึ้น แต่ยังช่วยยืดอายุการใช้งานของโพซิตรอนอีกด้วย"
ความร่วมมือ AEgIS ได้แบ่งปันผลการวิจัยเกี่ยวกับการทำความเย็นด้วยเลเซอร์โพซิตรอนกับทีมอิสระโดยใช้เทคนิคที่แตกต่างกัน และในวันเดียวกันนั้นก็โพสต์ผลลัพธ์ที่สำคัญนี้บนเซิร์ฟเวอร์การพิมพ์ล่วงหน้า arXiv เพื่อเป็นข้อมูลอ้างอิงและข้อมูลของนักวิจัยทั่วโลก
