AU

Forskere bremser antihydrogen med laser

Professor Jeffrey Hangst, Aarhus Universitet er talsperson for ALPHA-eksperimentet ved CERN. Foto: CERN

Ved hjælp af ultraviolet laser, er det lykkedes det internationale forskerhold omkring ALPHA-eksperimentet ved CERN, som også tæller forskere fra Institut for Fysik og Astronomi ved Aarhus Universitet, at nedbremse antihydrogen-atomer til hidtil uset lave hastigheder. Det er endnu en milepæl på vejen mod at kunne foretage præcise målinger på disse atomer, som vil kunne teste fundamentale teorier indenfor fysikken.

Tilbage i 1995 lykkedes det forskere ved CERN at producere de første atomer af antihydrogen. De bevægede sig ved en fart tæt på lysets, og eksisterede derfor kun i ganske få nanosekunder, før de blev udslettet ved kontakten med partikeldetektoren. Den store udfordring ved at studere antiatomer er, at de udslettes så snart, de kommer i kontakt med almindeligt stof, som hele vores verden jo som bekendt består af. Siden har forskerne derfor arbejdet på at udvikle metoder til at kunne producere prøver af antihydrogen, som kan fastholdes ved betydeligt lavere hastigheder. I dag kan forskerne rutinemæssigt producere og fastholde 1000 antihydrogen-atomer i flere timer i magnetiske fælder. Men selvom disse antihydrogen-atomer bevæger sig væsentligt langsomme end de første, der blev produceret, bevæger de sig dog stadig med en hastighed på over 300 kilometer i timen i de magnetiske fælder. Det er stadig så høj en hastighed for meget, at det udgør et problem for de præcisionsmålinger, forskerne ønsker at udføre.

I det nye studium har forskerne udnyttet, at massen af et antihydrogen-atom er så lille, at dets hastighed kan ændres med omkring 12 kilometer i timen, hver gang det absorberer en foton (en lyspartikel) fra en laser. Forskerne fintunede bølgelængden af en ultraviolet laser, således at det kun var antihydrogen-atomer, der bevægede sig direkte mod laserpulsen, der blev bremset. Når antihydrogen-atomerne absorberer en foton, kommer de i en exciteret tilstand, og efterfølgende falde de spontant tilbage i deres grundtilstand ved at udsende en anden foton i en tilfældig retning. Forskerne observerede, at sådanne foton-absorberinger og -udsendelser bremsede en delmængde af antihydrogen-atomerne i prøven til under 50 kilometer i timen, hvilket svarer til en nedkøling af atomerne.


Af CRK, Kilde: Nature 592, 27-28 (2021)