Nagłówek z napisem Pozwól, że wyjaśnię - #naukowe newsy

Jak ochłodzić antymaterię? – #naukowe newsy

Czas czytania w minutach: 2

Niekonwencjonalne chłodzenie

Wiosna przyszła, robi się coraz cieplej, niedługo już nasze rytualne narzekanie na zbyt niską temperaturę zmieni się w narzekanie na temperaturę zbyt wysoką, a w internecie zaroi się od artykułów z cyklu „jak ochłodzić się w taki gorący dzień”. Sposobów na ochłodzenie jest sporo. Ale czy zgadlibyście, że można coś ochłodzić… laserem? A jednak, o ile mówimy na przykład o rozproszonych atomach lub, jak w przypadku artykułu, który ostatnio ukazał się w „Nature”, antyatomów.

Dlaczego w ogóle interesuje nas temperatura uzyskiwanych w niewielkich ilościach antyatomów? Pozwól, że wyjaśnię! Jak już pisaliśmy w artykule na ten temat, temperatura jest to miara średniej szybkości, z jaką się te atomy poruszają. A w przypadku badań spektroskopowych, które chcielibyśmy przeprowadzić na naszym antywodorze, im szybciej się on porusza, tym mniej dokładne będą wyniki. A zależy nam na bardzo dokładnych wynikach, które pozwolą na odnalezienie ewentualnych różnic pomiędzy wodorem i antywodorem. Poza tym, im antyatomy mają niższą energię, tym łatwiej je przechowywać. Jeśli uda się je odpowiednio spowolnić, być może uda się je zamknąć w polu „zwykłego”1Nie nadprzewodzącego magnesu. No ale jak ostudzić takie antyatomy, magazynowane w pułapce magnetycznej? Jak się pewnie domyślacie, obłożenie ich kostkami lodu nie wchodzi w rachubę2To przepis na natychmiastową anihilację. Jak już pisałem we wstępie – laserem.

Zimny laser?

Ale zaraz, laser to się nam kojarzy głównie z dostarczaniem energii, a nie z jej odbieraniem! Fakt. Tutaj jednak na naszą korzyść zaczynają działać uroki mechaniki kwantowej. Otóż: zmiany wewnętrznej energii atomów nie odbywają się płynnie, tylko skokami o określonej wielkości. Trick potrzebny do chłodzenia laserowego polega na tym, żeby użyć lasera dającego nieco mniej energii, niż wymagają nasze atomy. Wtedy część z nich i tak zmieni stan energetyczny – pożyczając sobie brakującą energię z zasobów energii kinetycznej. Po pewnym czasie atomy wrócą do stanu podstawowego, emitując całą energię, która była potrzebna do zmiany stanu. Rezultatem jest atom o energii niższej od tej, którą miał na początku – niższej o to, co zostało „pożyczone” z energii kinetycznej. Po wielu takich cyklach szybkość, czyli temperatura, atomów może być znacząco mniejsza, niż na początku. W przypadku artykułu z Nature, który tu przedstawiam – ponad dziesięciokrotnie niższa.

I faktycznie, pomiary wykonane na ochłodzonych antyatomach były znacznie dokładniejsze niż na nieochłodzonych. Autorzy opisują metodę jako bardzo perspektywiczną – a fakt opublikowania artykułu w Nature wskazuje, że faktycznie tak jest. Innymi słowy, wygląda na to, że wykonaliśmy kolejny krok w celu wyjaśnienia, dlaczego jest raczej coś, niż nic.

I szkoda tylko, że wykorzystać lasera do ochłodzenia siebie w gorący dzień raczej się nie uda…

Źródła:

https://kopalniawiedzy.pl/antymateria-antywodor-laserowe-chlodzenie-grawitacja-CERN,33551

https://home.cern/news/press-release/experiments/alpha-cools-antimatter-using-laser-light-first-time

https://www.nature.com/articles/s41586-021-03289-6


0 0 votes
Oceń artykuł
Powiadom mnie!
Powiadom o
guest
2 komentarzy
Oldest
Newest Most Voted
Inline Feedbacks
View all comments
Mateusz

Podobną metodą spowalniano / schładzano “zwykłą” materię. Ale wyjaśnienie, które czytałem nie objaśniało tak elegancko mechanizmu. Dzięki!