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激光将反物质冷却到接近绝对零度

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Joel Williams,助理编辑
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温哥华,不列颠哥伦比亚省,2021年4月1日-一台定制的激光器已经将反物质冷却到接近绝对零度。这项工作由欧洲核子研究中心阿尔法合作组织(ALPHA collaboration)的研究人员进行,对反物质及其特性的研究以及宇宙的基础理论具有重要意义。

反物质在其行为和特征方面几乎与物质相同,但它具有相反的电荷。当物质和反物质接触时,它们就会互相湮灭。由于这个原因,实验仍然很困难。
在激光冷却之前(灰色)和之后(蓝色),反氢原子在阿尔法磁阱中运动的艺术插图。由Chukman提供Thiumf。
抗氢原子在α磁捕集器中的运动,(灰色)和(蓝色)之前(蓝色)激光冷却。由Chukman提供Thiumf。

“反物质原子必须保持在极高的真空中,以防止它们与残余气体湮灭,”Makoto Fujiwara,Triumf科学家和激光冷却思想的原始支持者。“我们操纵反物质,而不通过将力从激光施加到反原子上而不会破坏它。”

为了冷却抗原子,研究人员必须自己设计激光系统。

“由于我们不能使用任何传统的染料激光,我们必须使用非线性晶体(TI:蓝宝石)来设计激光系统,”英国哥伦比亚大学研究员和激光设计师的Takamasa Momose,告诉光子学媒体。

建立激光器的挑战中,MomeSed指出的是频率纯度和高功率要求。

Momose表示,“从谐振频率的谐振频率的精确控制是精确操作的键,”Momose表示。在抗氢原子的情况下,频率纯度或激光线宽在121.6nm的情况下必须小于50mHz。

为了保持线宽窄,该团队采用了三种谐波产生,一种颜色产生121.6nm,而不是使用两种颜色的四波混合,通常提供大约100倍的强度,但具有更广泛的线宽。

Momose表示,对准激光器也证明了具有挑战性。研究人员构造了由几个镜子和窗口组成的光学传输系统,以将其脉冲具有大约为1nj的激光脉冲,其脉冲大约是低温室内的磁阱。

反物质的冷却使各种精确的试验能够进一步研究反物质的特性。

“有了这项技术,我们可以解决长期存在的谜题,比如‘反物质如何响应重力?反物质能帮助我们理解物理中的对称性吗?’这些答案可能会从根本上改变我们对宇宙的理解,”Momose说。

为此,Momose和Fujiwara正在领导一个名为HAICU的新项目,旨在开发新的量子反物质研究技术。

“我的下一个梦想是通过将反原子扔进自由空间来创造一个”反原子喷泉“,这反过来允许反物质波干涉测量,”富士瓦拉告诉光子媒体。“这些技术将通过利用新兴量子技术来允许极其精确地测量反物质性质。”

“由于我们可以使用这种冷却技术来增加反氢的密度,我们现在有机会创造第一个反物质分子(如H2 +),“Momose说。“制作第一个抗体分子是我的主要兴趣。”

Momose另外对此感兴趣光谱学antimolecules。他说,在研究诸如电荷违反、宇称和时间对称性等基本物理问题时,这可能比反原子的光谱学更敏感。

该研究发表在自然www.doi.org/10.1038/s41586 - 021 - 03289 - 6)。

Photonics.com
2021年4月
术语表
激光冷却
一种过程和方法,通过对给定数量的定向激光束的操纵和定向来减少一组原子或分子的运动,从而使它们的内部热力学温度接近绝对零度。1997年诺贝尔物理学奖授予Steven Chu, Claude Cohen-Tannoudji和William D. Phillips,因为他们发展了用激光冷却和捕获原子的方法。
量子
可以将波浪能量分成的最小量。量子与波的频率成比例。见光子。
研究与技术 激光器 反物质 了反氢原子 抗氢性 反氢原子 激光冷却 绝对零度 trioupf. 自然 量子 物理 美洲 加拿大 不列颠哥伦比亚省大学 光谱学 染料激光 激光系统

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