Επαναστατική ανακάλυψη: ανίχνευση αντιύλης σε πραγματικό χρόνο!

Επαναστατική ανακάλυψη: ανίχνευση αντιύλης σε πραγματικό χρόνο!

Οι ερευνητές του CERN έχουν σημειώσει σημαντική πρόοδο στην έρευνα κατά της ύλης χρησιμοποιώντας φωτοαισθητήρες smartphone για την εξόντωση της αντιύλης σε πραγματικό χρόνο. Αυτή η καινοτόμος τεχνολογία, η οποία αναπτύχθηκε για τη διεθνή συνεργασία AEgIS, προέρχεται από επιστήμονες του Τεχνικού Πανεπιστημίου του Μονάχου (TUM). Με τη βοήθεια αυτών των νέων συσκευών, η έρευνα ανιχνεύει εξολοθρεύσεις αντιπρωτονίων με εντυπωσιακή ακρίβεια σχεδόν 0,6 μικρομέτρων, βελτιώνοντας τις προηγούμενες μεθόδους κατά 35. Αυτές οι εξελίξεις είναι ζωτικής σημασίας καθώς η συνεργασία AEgIS στοχεύει να μετρήσει με ακρίβεια την ελεύθερη πτώση του αντιυδρογόνου στο πεδίο βαρύτητας της Γης, κάτι που προηγουμένως ήταν εφικτό μόνο με e.

Παράγεται ένας οριζόντιος πίδακας αντιυδρογόνου, η απόσταση της κατακόρυφης πτώσης του οποίου μετριέται χρησιμοποιώντας ένα εκτροπόμετρο Moiré. Ο Δρ Francesco Guatieri, επικεφαλής της μελέτης, υπογραμμίζει την ανάγκη για έναν ανιχνευτή με υψηλή χωρική ανάλυση. Η εφαρμογή 60 τσιπ smartphone στο Optical Photon and AntiMatter Imager (OPHANIM) είναι το κλειδί για την επίτευξη αυτής της υψηλής ακρίβειας. Προηγουμένως, οι φωτογραφικές πλάκες χρησιμοποιούνταν ως ο μόνος τρόπος ακριβούς μέτρησης, αλλά χωρίς τη δυνατότητα λήψης μετρήσεων σε πραγματικό χρόνο. Η νέα λύση έχει ήδη περάσει επιτυχημένες δοκιμές σε αντιπρωτόνια και τώρα εφαρμόζεται στο αντιυδρογόνο. Τα αποτελέσματα αυτής της έρευνας δημοσιεύτηκαν στο περιοδικό Science Advances και σηματοδοτούν ένα κρίσιμο βήμα στην έρευνα κατά της ύλης.

Τα βασικά της αντιύλης

Η αντιύλη έχει την ίδια μάζα με την ύλη αλλά έχει αντίθετο ηλεκτρικό φορτίο και σπιν. Σύμφωνα με τη γενική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν, η βαρύτητα πρέπει να επηρεάζει την ύλη και την αντιύλη πανομοιότυπα. Ωστόσο, καμία άμεση μέτρηση της ταχύτητας πτώσης της αντιύλης δεν έχει πραγματοποιηθεί μέχρι στιγμής επειδή η παραγωγή και η σύλληψη της αντιύλης συνδέονται με σημαντικές δυσκολίες. Η συνεργασία του AEgIS στον Αντιπρωτονικό Επιβραδυντή (AD) του CERN δημοσίευσε πρόσφατα ένα έγγραφο ορόσημο στο *Communications Physics* που περιγράφει ένα ορόσημο στην παραγωγή αντιυδρογόνου.

Νέες τεχνικές που αναπτύχθηκαν το 2018 επέτρεψαν την παλμική παραγωγή ατόμων αντιυδρογόνου, επιτρέποντας τον ακριβή χρονισμό του σχηματισμού τους. Ο εκπρόσωπος της AEgIS, Michael Doser, σημείωσε ότι αυτή είναι η πρώτη φορά που σημειώνεται παλμικός σχηματισμός αντιυδρογόνου σε σχετικές στιγμές. Το αντιυδρογόνο παράγεται και έχει μελετηθεί αποκλειστικά στο CERN, καθιστώντας το ιδανικό για τον έλεγχο των επιδράσεων της βαρύτητας και των θεμελιωδών ιδιοτήτων της αντιύλης.

Μελλοντικές προοπτικές

Οι πρώτες αναφορές παραγωγής αντιυδρογόνου χαμηλής ενέργειας χρονολογούνται από το 2002, χάρη στις συνεργασίες ATHENA και ATRAP. Η συνεργασία της ALPHA έχει σημειώσει πρόοδο στην παραγωγή, τον χειρισμό και τη δέσμευση μεγαλύτερων ποσοτήτων αντιυδρογόνου. Το AEgIS χρησιμοποίησε μια διαδικασία «ανταλλαγής φορτίου» που ενεργοποιείται από έναν παλμό λέιζερ για τη δημιουργία αντιυδρογόνου, επιτρέποντας τον προσδιορισμό του χρόνου με αβεβαιότητα περίπου 100 ns. Απαιτούνται περαιτέρω βήματα για τη μέτρηση της επίδρασης της βαρύτητας στην αντιύλη, συμπεριλαμβανομένου του σχηματισμού ενός παλμικού πίδακα, της αύξησης των ποσοτήτων αντιυδρογόνου και της ψύξης των ατόμων.

Τα επόμενα χρόνια, τα πειράματα ALPHA, AEgIS και GBAR σχεδιάζουν να μετρήσουν την ταχύτητα πτώσης των αντι-ατόμων με ακρίβεια 1%. Αυτά τα έργα συνδέονται στενά με το νέο σύγχροτρο ELENA, το οποίο παράγει εξαιρετικά χαμηλής ενέργειας αντιπρωτόνια. Ενώ οι φυσικοί πιστεύουν ότι είναι απίθανο η αντιύλη να έχει αντίθετη βαρυτική έλξη σε σύγκριση με την ύλη, ακριβείς μετρήσεις θα μπορούσαν να αποκαλύψουν λεπτές διαφορές.