Vallankumouksellinen löytö: antimateriaalin havaitseminen reaaliajassa!

Vallankumouksellinen löytö: antimateriaalin havaitseminen reaaliajassa!

CERNin tutkijat ovat edistyneet merkittävästi antimateriaalitutkimuksessa käyttämällä älypuhelimien valoantureita tuhoamaan antimateriaalia reaaliajassa. Tämä innovatiivinen teknologia, joka on kehitetty kansainväliseen AEgIS-yhteistyöhön, on peräisin Münchenin teknisen yliopiston (TUM) tutkijoilta. Näiden uusien laitteiden avulla tutkimus havaitsee antiprotonien tuhoutumiset vaikuttavalla, lähes 0,6 mikrometrin tarkkuudella, mikä parantaa aiempia menetelmiä kertoimella 35. Nämä edistysaskeleet ovat ratkaisevia, sillä AEgIS-yhteistyön tavoitteena on mitata tarkasti antivedyn vapaa pudotus Maan painovoimakentässä, mikä aiemmin oli mahdollista vain valtavilla teknisillä haasteilla.

Syntyy vaakasuora antivety-suihku, jonka pystysuora putoamisetäisyys mitataan Moiré-deflectometrillä. Tohtori Francesco Guatieri, tutkimuksen johtaja, korostaa korkean spatiaalisen resoluution ilmaisimen tarvetta. 60 älypuhelimen sirun käyttöönotto Optical Photon and Antimatter Imager (OPHANIM) -kamerassa on avain tämän suuren tarkkuuden saavuttamiseen. Aikaisemmin valokuvauslevyjä käytettiin ainoana tapana mitata tarkasti, mutta ilman kykyä tehdä reaaliaikaisia ​​mittauksia. Uusi ratkaisu on jo läpäissyt onnistuneet testit antiprotoneilla ja sitä sovelletaan nyt antivetyyn. Tämän tutkimuksen tulokset julkaistiin Science Advances -lehdessä, ja ne ovat ratkaiseva askel antimateriaalitutkimuksessa.

Antimateriaalin perusteet

Antimateriaalilla on sama massa kuin aineella, mutta sillä on päinvastainen sähkövaraus ja spin. Einsteinin yleisen suhteellisuusteorian mukaan painovoiman tulisi vaikuttaa aineeseen ja antiaineeseen samalla tavalla. Suoraa antiaineen putoamisnopeuden mittausta ei kuitenkaan ole toistaiseksi suoritettu, koska antiaineen tuotantoon ja talteenottoon liittyy huomattavia vaikeuksia. CERNin Antiproton Deceleratorin (AD) AEgIS-yhteistyö julkaisi äskettäin *Communications Physics* -julkaisussa maamerkkiartikkelin, joka kuvaa virstanpylvästä antivedyn tuotannossa.

Vuonna 2018 kehitetyt uudet tekniikat mahdollistivat antivetyatomien pulssituotannon, mikä mahdollistaa niiden muodostumisen tarkan ajoituksen. AEgIS:n tiedottaja Michael Doser totesi, että tämä on ensimmäinen kerta, kun antivedyn pulssimuodostusta on tapahtunut merkityksellisinä aikoina. Antivety on ja on tuotettu ja tutkittu yksinomaan CERNissä, joten se on ihanteellinen painovoiman vaikutusten ja antiaineen perusominaisuuksien testaamiseen.

Tulevaisuuden näkymät

Ensimmäiset vähän energiaa käyttävät antivedyn tuotantoraportit ovat peräisin vuodelta 2002 ATHENA- ja ATRAP-yhteistyön ansiosta. ALPHA-yhteistyö on edistynyt suurempien antivetymäärien tuottamisessa, käsittelyssä ja talteenotossa. AEgIS käytti laserpulssin laukaisemaa "varauksenvaihtoprosessia" antivedyn tuottamiseksi, mikä mahdollisti ajan määrittämisen noin 100 ns:n epävarmuudella. Lisävaiheita painovoiman vaikutuksen mittaamiseksi antiaineeseen tarvitaan, mukaan lukien pulssisuihkun muodostaminen, antivedyn määrien lisääminen ja atomien jäähdyttäminen.

Tulevina vuosina ALPHA-, AEgIS- ja GBAR-kokeet suunnittelevat mittaavan antiatomien putoamisnopeutta 1 %:n tarkkuudella. Nämä projektit liittyvät läheisesti uuteen ELENA-synkrotroniin, joka tuottaa erittäin matalaenergiaisia ​​antiprotoneja. Vaikka fyysikot uskovat, että on epätodennäköistä, että antiaine kokee päinvastaista vetovoimaa aineeseen verrattuna, tarkat mittaukset voivat paljastaa hienoisia eroja.