På jagt efter det koldest mulige antibrint

I øjeblikket, et af de store mål inden for ultrakold videnskab er at afkøle antibrintatomer til så tæt på det absolutte nul som muligt. Ultrakoldt antibrint ville bane vejen for ultrapræcise antistofeksperimenter, der kunne hjælpe med at besvare nogle af de mest forvirrende spørgsmål om antistof. For eksempel, hvordan virker tyngdekraften på antistof? Hvorfor ser vi ikke noget antistof i universet? Og kunne det være muligt at skabe antiatomer af alle grundstofferne fra det periodiske system i laboratoriet?

I et nyt blad udgivet i Fysisk gennemgangsbreve , et hold fysikere fra Tyskland og USA har undersøgt en af ​​de mest lovende kandidater til forkøling af antibrint, som er den negativt ladede lanthanion.

Grunden til, at lanthan-anioner kan spille en nøglerolle i antistofeksperimenter, er, at de har de helt rigtige elektroniske egenskaber til at gennemgå laserafkøling, en procedure, der kan køle et system ned til nogle af de koldest mulige temperaturer. Når lanthananionerne er laserafkølede, de kan derefter bruges til sympatisk afkøling af antiprotoner, som er en af ​​de to grundlæggende bestanddele af antihydrogenatomer (den anden er positronen, som er en positivt ladet elektron). Ultrakoldt antihydrogen kan derefter fremstilles ud fra antiprotonerne, der er blevet sympatisk afkølet af de laserkølede anioner.

For at implementere denne tilgang med succes, imidlertid, det er nødvendigt at undersøge flere egenskaber ved lanthananionen, da de relaterer sig til laserkøling. Som forskerne forklarer i det nye papir, den komplicerede elektroniske struktur af lanthananioner gør denne type analyse meget udfordrende, og tidligere bestræbelser har resulteret i store uoverensstemmelser mellem teoretiske og eksperimentelle data.

For at løse disse udfordringer, forskerne udførte nye eksperimenter ved hjælp af banebrydende spektroskopiteknikker, og præsenterede også en ny teoretisk tilgang. I deres teoretiske tilgang, de adskilte behandlingen af ​​de elektroniske korrelationer i to problemer. Da lanthananionen har 58 elektroner, forskerne behandlede lanthan-anionen som en Xenon-lignende kerne (med 54 elektroner) med fire yderligere valenselektroner. Ved at adressere kerneelektronerne og valenselektronerne separat, de var i stand til at beregne teoretiske data, der matchede de eksperimentelle data nøje. Et af de opmuntrende resultater var, at de fandt en stærkere end forventet køleovergang, hvilket antyder det lovende potentiale af lanthananioner til at producere ultrakoldt antihydrogen.

"Vi har nu fuldt ud karakteriseret den relevante overgang i lanthananionen, inklusive alle dets henfaldskanaler, og ved, at ionen kan laserkøles. Præcis 40 år efter den første laserafkøling af en positiv ion, laserafkølingen af ​​en negativ ion er lige rundt om hjørnet, "medforfatter Alban Kellerbauer, ved Max Planck Institute for Nuclear Physics, fortalt Phys.org . "At opsummere, vi målte nøjagtigt overgangsfrekvensen og, mest vigtigt, tværsnittet (som kan bruges til direkte at beregne overgangshastigheden). De teoretiske beregninger var for det meste på forgreningsforhold og også på overgangsrater, inklusive den målte af laserkølingsovergangen. De beregnede og målte værdier (af Einstein-koefficienten, hvilket er endnu en måde at udtrykke tværsnittet/hastigheden på) stemmer godt overens, hvilket understøtter de meget mindre usikkerheder ved de beregnede værdier sammenlignet med tidligere bestræbelser."

© 2018 Phys.org