Dans une étude récente, le système AEgIS du Centre européen pour la recherche nucléaire (CERN) a réussi àions positronium refroidis par laser, franchissant une étape importante vers un système matière-antimatière émettant des rayons gamma de type laser.
Les résultats de cette expérience fournissent non seulement un solide support pour des tests de haute précision visant à déterminer si l'antimatière et la matière tombent sur Terre de la même manière, mais ouvrent également la voie à une toute nouvelle gamme de recherches sur l'antimatière, y compris la possibilité de produire des rayons gamma. lasers.
Le système Aegis (AEgIS) est l'une des nombreuses expériences produisant et étudiant des atomes d'antihydrogène à l'usine d'antimatière du CERN, dont le but est de tester avec une grande précision si l'antimatière et la matière tombent toutes deux sur Terre de la même manière.
Dans un article récemment publié dans Physical Review Letters, la collaboration AEgIS rend compte d'un exploit expérimental qui non seulement contribue à atteindre cet objectif, mais ouvre également la voie à une toute nouvelle gamme de recherches sur l'antimatière, y compris la perspective de produire des lasers à rayons gamma. , qui permettrait aux chercheurs de voir le noyau d’un atome à l’intérieur et d’avoir des applications au-delà de la physique.
L'objectif d'AEgIS, l'une des nombreuses expériences menées à l'usine d'antimatière du CERN, est d'étudier la nature des atomes d'antihydrogène. Pour créer de l'antihydrogène (un positron tournant autour d'un antiproton), AEgIS dirige un faisceau de positrons (un électron tournant autour d'un positron) dans un nuage d'antiprotons créé et ralenti par l'usine d'antimatière. Lorsqu'un antiproton et un positron se rencontrent dans le nuage d'antiprotons, le positron cède son positron à l'antiproton, entraînant la formation d'antihydrogène.
Ce procédé permet à AEgIS d'étudier le positon, un système d'antimatière intéressant car il ne contient que deux particules ponctuelles : l'électron et son antimatière.
Cependant, le positon a une durée de vie extrêmement courte de 142 milliardièmes de seconde et s'annihile ensuite en rayons gamma. Pour étudier cette particule à vie courte, l’équipe AEgIS a appliqué avec succès des techniques de refroidissement laser à un échantillon de positrons.
C’est une prouesse accomplie par l’équipe AEgIS. En appliquant un refroidissement laser à un échantillon de positrons, ils ont réussi à réduire la température de l’échantillon de 380 degrés Celsius à 170 degrés Celsius, soit une réduction de plus de moitié. Cet exploit fournit une base solide pour les expériences ultérieures, et l’équipe vise à réduire davantage la température en dessous de 10 Kelvin.
Le succès des positrons refroidis par laser ouvre de nouvelles possibilités pour la recherche sur l'antimatière. Premièrement, cela a rendu possible des mesures de haute précision des systèmes matière-antimatière, contribuant ainsi à révéler une nouvelle physique. Deuxièmement, la technique a également permis aux chercheurs de produire des condensats de Bose-Einstein à positrons, qui sont des condensats dans lesquels tous les composants occupent le même état quantique. On pense que de tels condensats pourraient générer une lumière gamma cohérente, ce qui devrait permettre aux chercheurs de jeter un coup d’œil à l’intérieur des noyaux atomiques.
"Si le condensat d'antimatière de Bose-Einstein est capable de produire une lumière gamma cohérente, il constituera un outil extrêmement puissant dans le domaine de la recherche fondamentale et appliquée, permettant aux chercheurs de mieux comprendre les mystères des noyaux atomiques." » a déclaré Ruggero Caravita.
Rappelons que la technologie de refroidissement laser a été appliquée pour la première fois aux atomes d'antimatière il y a trois ans. Le principe de base réside dans le ralentissement progressif des atomes grâce à un processus cyclique d’absorption et d’émission de photons, principalement réalisé par des lasers à bande étroite qui émettent de la lumière dans une petite plage de fréquences. Cependant, l’équipe AEgIS a utilisé une technologie laser à large bande unique dans ses recherches.
Ruggero Caravita explique en outre : « L'avantage de la technique laser à large bande est qu'elle peut refroidir efficacement non seulement un petit échantillon de positrons, mais également un échantillon beaucoup plus grand de positrons. De plus, nous n'avons utilisé aucun champ électrique ou magnétique externe pendant l'expérience, qui non seulement simplifie la configuration expérimentale mais prolonge également la durée de vie des positrons.
La collaboration AEgIS a partagé ses résultats de recherche sur le refroidissement des lasers à positons avec des équipes indépendantes utilisant différentes techniques et a publié le même jour ce résultat important sur le serveur de préimpression arXiv pour référence et information des chercheurs du monde entier.
