Ophidsede atomer kaster lys over anti-brint forskning

Swansea University-forskere, der arbejder ved CERN, har offentliggjort en undersøgelse, der beskriver et gennembrud inden for antibrintforskning.

Forskerne arbejdede som en del af ALPHA-samarbejdet, som består af forskere og grupper fra over et dusin institutioner fra hele verden, med det britiske kontingent ledet af Swansea Universitys professor Mike Charlton.

Forskningen, finansieret af EPSRC, blev opnået ved hjælp af apparater på Antiproton Decelerator-faciliteten på CERN, og er blevet offentliggjort i Natur tidsskrift.

Eksperimentet

ALPHA-teamets eksperiment viser, hvordan forskerne forbedrede effektiviteten i syntesen af ​​antibrint, og for første gang lykkedes det at akkumulere anti-atomerne, hvilket har givet mulighed for større spillerum i deres eksperimenter.

Professor Charlton sagde:"Når et ophidset atom slapper af, det udsender lys af en karakteristisk farve, den gule farve på natriumgadelygter er et dagligdags eksempel på dette. Når atomet er brint, som er en enkelt elektron og en enkelt proton, og den exciterede elektron henfalder til den laveste energitilstand fra en højere, den diskrete serie af udsendt ultraviolet lys danner Lyman-serien, som er opkaldt efter Theodore Lyman, som først observerede dette for over 100 år siden.

"Tilstedeværelsen af ​​disse diskrete linjer hjalp med at etablere teorien om kvantemekanik, som styrer verden på atomniveau og er en af ​​hjørnestenene i moderne fysik.

"Lyman-alpha-linjen er af fundamental betydning i fysik og astronomi. F.eks. observationer i astronomi af, hvordan linjen fra fjerne sendere forskydes til længere bølgelængder (kendt som rødforskydningen), giver os information om, hvordan universet udvikler sig, og tillader testmodeller, der forudsiger dens fremtid"

Dette eksperiment er første gang Lyman-alfa-overgangen - når brintelektronen går mellem den såkaldte 1S- og 2P-tilstand, udsender eller absorberer UV-lys med en bølgelængde på 121,6 nm - er blevet observeret i anti-brint. Antihydrogen er antistof-modstykket til brint, og består af en enkelt anti-proton og en enkelt anti-elektron med sidstnævnte partikel også kendt som en positron.

Ophidsede atomer

Til dette eksperiment, fysikerne akkumulerede omkring 500 antibrintatomer i fælden. Hvis de ikke gjorde noget, de kunne holde disse atomer i mange, mange, timer uden tab. Imidlertid, ved at belyse de fangede atomer med forskellige farver af UV-lys, holdet kunne drive Lyman-alfa-overgangen og excitere antihydrogenatomerne.

Disse exciterede atomer er ikke længere fanget i apparatet og, består af antistof, straks tilintetgøre med udstyrets omgivende materiale og detekteres.

Denne observation er signifikant, da det er endnu en test af en egenskab ved antibrint, der er i god overensstemmelse med brints egenskab. Det er også et vigtigt skridt hen imod produktionen af ​​ultrakolde antibrintatomer, hvilket i høj grad vil forbedre evnen til at kontrollere, manipulere og udføre yderligere præcisionsundersøgelser af anti-atomet.

Professor Charlton sagde:"Dette repræsenterer endnu et skelsættende fremskridt inden for atomfysik, hvilket skulle åbne vejen for manipulation af de kinetiske energier af de fangede antiatomer

"Mens undersøgelser er fortsat på Antiproton Decelerator-faciliteten ved CERN, yderligere forfining af disse målinger og brug af teknikkerne til at forbedre vores forståelse af antibrint gennem spektroskopi, ALPHA-holdet vil modificere apparatet for at studere effekten af ​​Jordens tyngdekraft på anti-atomet. De næste par måneder bliver en spændende tid for alle involverede."