Os cientistas têm antimatéria resfriada a laser

Os cientistas conseguiram resfriar átomos de anti-hidrogénio – a forma mais simples de antimatéria atómica – com luz laser.

Os físicos da Swansea University, como membros principais da colaboração ALPHA no CERN, demonstraram o resfriamento a laser de átomos de anti-hidrogênio pela primeira vez. A conquista inovadora produz antimatéria mais fria do que nunca e permite uma classe inteiramente nova de experimentos, ajudando os cientistas a aprender mais sobre a antimatéria no futuro.

Num artigo publicado na Nature , a colaboração relata que a temperatura dos átomos de anti-hidrogénio presos dentro de uma garrafa magnética é reduzida quando os átomos espalham a luz de um feixe de laser ultravioleta, desacelerando os átomos e reduzindo o espaço que ocupam na garrafa – ambos os aspectos vitais de futuros estudos mais detalhados das propriedades da antimatéria.

Além de mostrar que a energia dos átomos de anti-hidrogênio foi diminuída, os físicos também encontraram uma redução na faixa de comprimentos de onda que os átomos frios podem absorver ou emitir luz, então a linha espectral (ou banda de cor) é estreitada devido ao movimento reduzido.

Este último efeito é de particular interesse, pois permitirá uma determinação mais precisa do espectro que por sua vez revela a estrutura interna dos átomos de anti-hidrogénio.

A antimatéria é uma necessidade nos modelos de mecânica quântica mais bem-sucedidos da física de partículas. Tornou-se disponível em laboratório há quase um século, com a descoberta do pósitron com carga positiva, a contraparte de antimatéria do elétron com carga negativa.

Quando a matéria e a antimatéria se juntam, ocorre a aniquilação; um efeito notável em que as partículas originais desaparecem. A aniquilação pode ser observada em laboratório e é até usada em técnicas de diagnóstico médico, como tomografia por emissão de pósitrons (PET). No entanto, a antimatéria apresenta um enigma. Uma quantidade igual de antimatéria e matéria se formou no Big Bang, mas essa simetria não é preservada hoje, pois a antimatéria parece estar virtualmente ausente do universo visível.

O professor Niels Madsen da Swansea University, que foi responsável pela execução experimental, disse: “Como não há anti-hidrogênio por perto, temos que fazê-lo no laboratório do CERN. É um feito notável que agora podemos também resfriar a laser o anti-hidrogênio e fazer uma medição espectroscópica muito precisa, tudo em menos de um dia. Apenas dois anos atrás, a espectroscopia sozinha levaria dez semanas. Nosso objetivo é investigar se as propriedades do nosso anti-hidrogênio correspondem às do hidrogênio comum, conforme esperado pela simetria. Uma diferença , por menor que seja, pode ajudar a explicar algumas das questões profundas que cercam a antimatéria. “

O professor Eriksson, que foi responsável pelos lasers de espectroscopia envolvidos no estudo, disse: “Este resultado espetacular leva a pesquisa de anti-hidrogênio para o próximo nível, pois a precisão aprimorada que o resfriamento a laser traz nos coloca em conflito com experimentos em matéria normal. grande quantidade, uma vez que o espectro de hidrogênio com o qual comparamos foi medido com uma precisão impressionante de quinze dígitos. Já estamos atualizando nosso experimento para enfrentar o desafio! “


Fonte da história:

Materiais fornecidos pela Swansea University . Nota: o conteúdo pode ser editado quanto ao estilo e comprimento.


Referência do jornal :

  1. CJ Baker, W. Bertsche, A. Capra, C. Carruth, CL Cesar, M. Charlton, A. Christensen, R. Collister, A. Cridland Mathad, S. Eriksson, A. Evans, N. Evetts, J. Fajans , T. Friesen, MC Fujiwara, DR Gill, P. Grandemange, P. Granum, JS Hangst, WN Hardy, ME Hayden, D. Hodgkinson, E. Hunter, CA Isaac, MA Johnson, JM Jones, SA Jones, S. Jonsell, A. Khramov, P. Knapp, L. Kurchaninov, N. Madsen, D. Maxwell, JTK McKenna, S. Menary, JM Michan, T. Momose, PS Mullan, JJ Munich, K. Olchanski, A. Olin, J. Peszka, A. Powell, P. Pusa, C. Ø. Rasmussen, F. Robicheaux, RL Sacramento, M. Sameed, E. Sarid, DM Silveira, DM Starko, C. So, G. Stutter, TD Tharp, A. Thibeault, RI Thompson, DP van der Werf, JS Wurtele. Resfriamento a laser de átomos anti-hidrogênio . Natureza, 2021; 592 (7852): 35 DOI: 10.1038 / s41586-021-03289-6
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