Kulisy tego pierwszego eksperymentu zostały niedawno zaprezentowane w Physical Review Letters. Kluczem do sukcesu było wykorzystanie wiązki lasera, skierowanej na układ złożony z elektronu i pozytonu, czyli jego antycząstki. Jak wyjaśniają członkowie zespołu badawczego, skorzystali z układu laserowego opartego na aleksandrycie, który został zaprojektowany specjalnie na potrzeby eksperymentu.
Taki układ musiał być wyjątkowo dobrze skalibrowany, gdyż naukowcy dążyli do uzyskania wysokiej intensywności, dużej szerokości pasma i długiego czasu trwania impulsu. Co ciekawe, równolegle swoje starania poczynili naukowcy z Japonii, kierowani przez Kenjiego Shu z Uniwersytetu Tokijskiego. W ich przypadku temperaturę chmury pozytonium udało się obniżyć do około -272 stopni Celsjusza. W takich okolicznościach doszło do spowolnienia elektronów i pozytonów.
Pozytonium zwraca uwagę naukowego świata ze względu na rekordową lekkość, gdyż jest to najlżejszy znany układ cząstek. Cechuje się przy tym skrajną niestabilnością. Gdy dochodzi do interakcji materii z antymaterią, powstaje promieniowanie, a pozyton znika w ciągu zaledwie 142 miliardowych części sekundy. Zjawisku temu towarzyszy emisja promieni gamma. Pozyton porusza się przy tym niezwykle szybko, dlatego obniżenie jego prędkości byłoby bardzo przydatne w kontekście poświęconych mu badań.
Pozytonium może być kluczem do zrozumienia sposobu, w jaki funkcjonuje cały wszechświat
Lżejszy od wodoru około 2000 razy, wykazuje poziomy energetyczne zmniejszone o współczynnik 2. Z wykorzystaniem lasera o dużej szerokości pasma naukowcy byli w stanie schłodzić część chmury pozytonów, wydłużając tym samym ich czas życia. Zasada jest w tym przypadku stosunkowo prosta: cząstka absorbująca foton zyskuje energię, natomiast ta, która go emituje, traci ją. Kierując w tę stronę wiązkę lasera, można sprawić, że cząstki pochłoną foton i wyemitują go ponownie w losowym kierunku.
To z kolei wpłynie na ich pęd i obniży prędkość, z jaką się poruszają. Oczywiście nie jest to tak proste, jak mogłoby się wydawać: aby eksperyment się udał, należy dostosować długość fali światła laserowego do poziomu energii cząstki. Naukowcy z Europy obniżyli temperaturę pozytonu ze 106 stopni Celsjusza do -103 stopni Celsjusza, natomiast Japończycy poszli jeszcze dalej, osiągając wartość zbliżoną do zera absolutnego.
Czytaj też: Naukowcy odkryli dwa nowe izotopy, ale to nie sztuka dla sztuki. Fizyka jądrowa do poprawki?
O jakich praktycznych korzyściach możemy mówić? Dokonania badaczy powinny znaleźć odzwierciedlenie w rozumieniu materii i antymaterii. Te wzajemnie się unicestwiają, ale antymateria jest bardzo tajemnicza i nie wiadomo na przykład, czy zachowuje się w ten sam sposób, co materia. Poza tym pozytonium może zostać wykorzystane do stworzenia kondensatu Bosego-Einsteina. Takowy powinien przydać się w eksperymentach skoncentrowanych na badaniu najbardziej szczegółowej struktury atomów, co także będzie miało przełożenie na stopień zrozumienia wszechświata.
