Ypač galingas gama spindulių lazeris iš antimedžiagos hibrido  (0)

Pusiau medžiaga, pusiau antimedžiaga: pozitronio atomai siūbuoja ant anihiliacijos ribos. Dabar surastas būdas šiems nestabiliems atomams išlikti daug ilgiau, o tai svarbiausias žingsnis, siekiant sukurti galingą gama lazerį.

Visi periodinės lentelės elementai sudaryti iš atomų su branduoliu iš teigiamai įelektrintų protonų ir tiek pat aplink jį skriejančių neigiamai įelektrintų elektronų. Pozitronis, kurio simbolis Ps, yra kitoks. Jį sudaro skriejantys vienas aplink kitą elektronas ir pozitronas (žr. žemiau esantį paveikslėlį).

Pozitronas yra elektrono antimedžiaginis atitikmuo. Nors jo teigiamas krūvis toks pats, kaip protono, tačiau masė 50 000 kartų mažesnė. Pozitronio „atomai“ išgyvena trumpiau, nei vieną milijonąją sekundės dalį, o tada elektronas ir pozitronas anihiliuoja, sukurdami gama spindulių žybsnį.

Pozitronio pristatymas
Paprastuose atomuose yra po lygiai protonų ir elektronų
Bet galima padaryti trumpai gyvuojančius „atomus“ iš medžiagos ir antimedžiagos, kurie, anihiliuodami, skleidžia gama spindulius

Iš principo, pozitronis galėtų būti naudojamas gama spindulių lazeryje. Jis sukurtų labai energingą itin trumpų bangų impulsą, galintį tyrinėti labai smulkias struktūras, pavyzdžiui atomo branduolį – matomos šviesos bangos yra smarkiai per ilgos, kad galėtų būti kaip nors naudingos šiam tikslui.

Tačiau tai sunku atlikti, nes reikia sukurti tankų pozitronio debesį, esantį kvantinėje būsenoje, vadinamoje Bose-Einšteino kondensatu (BEK). Kaip tai atlikti, išvengiant pozitronio anihiliacijos, iki šiol buvo neaišku.

Komanda, vadovaujama Christoph'o Keitel'io iš Makso Planko Branduolio fizikos instituto Heidelberge, Vokietijoje, siūlo būda pristabdyti anihiliaciją paprastu lazeriu. Tam reikia nustatyti lazerius tiksliai energijai, reikalingai pakelti pozitronį į aukštesnį energetinį lygį, kuriame elektronas ir pozitronas sukasi toliau vienas nuo kito. Tada jų anihiliacijos tikimybė labai sumažėja (arxiv.org/abs/1112.1621).

Pozitronio atomai elgiasi vieningai – vienam anihiliavus, kiti juo paseka, sukurdami lazerį

Galiausiai pozitronis visgi praras energiją, išspinduliuos fotoną ir grįš į linkusią anihiliuoti būseną. Bet komanda skaičiuoja, kad maždaug pusė taip sužadintų pozitronio atomų gali išlikti vidutiniškai 28 milijonąsias sekundės dalis, 200 kartų ilgiau, nei nesužadintieji.

Tiek gali pakakti BEK suformavimui. Būdami BEK debesyje, pozitronio atomai elgiasi darniai, tad kai anihiliuoja vienas atomas, taip pat pasielgia ir kiti, sukurdami gama spindulių lazerio žybsnį.

Gali atrodyti, kad tam atlikti reiks labai daug darbo, tačiau vienas dalykas užduotį supaprastina. Paprasti atomai gali suformuoti BEK tik atšaldyti iki temperatūros, vos laipsnio dalimis aukštesnės už 0 °K. Tuo tarpu pozitronis dėl kvantinių efektų gali suformuoti BEK beveik kambario temperatūroje.

Kur susitinka veidrodžiai, tamsioji medžiaga ir antimedžiaga

Praėjus pusei amžiaus po to, kai buvo pirmą kartą sukurtas, pozitronis pagaliau gali būti panaudotas praktinėms reikmėms. Jis gali ne tik maitinti gama spindulių lazerius (žr. pagrindinį pasakojimą), bet ir patikrinti keistąją veidrodinę medžiagą.

Idėja, kad kiekviena dalelė turi identišką – bet kol kas neaptiktą – veidrodinę partnerę, kilo, siekiant paaiškinti gluminančią radioaktyvių atomų elektronų emisijos asimetriją. Veidrodinė medžiaga buvo iškelta ir kaip kandidatė, galinti paaiškinti paslaptingąją tamsiąją materiją, sudarančią 80 % visatos.

Teorija teigia, kad įprastos medžiagos dalelės labai retais atvejais gali transformuotis į savo veidrodinio atspindžio versiją, taip pradingdamos be pėdsako. Pozitronis paprastai baigia savo gyvavimą, paskleisdamas gama spindulius. Jei egzistuoja veidrodinis pasaulis, pozitronis kartais gali pavirsti į veidrodinę medžiagą ir pradingti, nieko neišspinduliuodamas.

Ši idėja gali būti patikrinta, uždarius pozitronį į kamerą ir matuojant, kiek energijos atiduodama gama spinduliais. Jei energijos mažiau, nei tikimasi, remiantis pozitronio atomų skaičiumi kameroje, gali būti, kad dalis jų virto veidrodine medžiaga. Nauji skaičiavimai, atlikti Sergejaus Demidovo ir jo kolegų iš Branduolinių tyrimų instituto Maskvoje, rodo, kad tai turėtų nutikti gana dažnai, kad tai būtų įmanoma aptikti (arxiv.org/abs/1111.1072).

Paolo Crivelli iš Federalinio Šveicarijos Technologijos instituto Ciuriche vadovauja vieno tokio eksperimento parengimui (arxiv.org/abs/1005.4802). Esantis AEgIS antimaterijos eksperimentas CERN, šalia Ženevos, irgi gali būti pritaikytas šiam tikslui.

New Scientist 2011-12-24

Aut. teisės: www.technologijos.lt
Autoriai: Vytautas Povilaitis

(0)
(0)
(0)

Komentarai (0)