Nowa metoda wytwarzania pozytonium

Fizycy z USA opracowali nową metodę wytwarzania pozytonium – quasi-stabilnej cząstki składającej się z elektronu oraz pozytonu (antycząstki elektronu). Technika ta może być z łatwością stosowana w szerokim zakresie temperatur, dlatego też może okazać się niezwykle przydatna w eksperymentach przeprowadzanych w niskich temperaturach, służących ujawnianiu subtelnych różnic w zachowaniu materii i antymaterii.

Pozytonium, odkryte w 1951 roku przez Martina Deutscha, wzbudza wśród fizyków niemałe emocje jako potencjalne źródło pozytonów – cząstek używanych do kreacji atomów antywodoru o ściśle określonym stanie kwantowym. Antywodór to pierwiastek antymaterii będący odpowiednikiem atomu wodoru, składający się z dwóch antycząstek: pozytonu oraz antyprotonu. Według Modelu Standardowego fizyki cząstek elementarnych, widma atomowe wodoru i antywodoru powinny być identyczne. Gdyby jednak udało się wykryć jakiekolwiek różnice pomiędzy nimi mogłyby one, oprócz ujawnienia asymetrii między materią i antymaterią, przyczynić się do wyjaśnienia, dlaczego Wszechświat, który widzimy, zdominowany jest przez materię, chociaż, jak sądzimy, podczas Wielkiego Wybuchu została stworzona jednakowa ilość materii oraz antymaterii.

Monoenergetyczne pozytonium

Ostatnimi czasy prace wielu badaczy dotyczyły tworzenia pozytonium w sposób kontrolowany w próżni, w procesie emisji z różnych powierzchni, m.in. z krzemu. W marcu bieżącego roku David Cassidy wraz z kolegami z University of California w Riverside (USA), opublikowali pracę dotyczącą zderzeń wiązki pozytonów, emitowanych przez promieniotwórcze źródło, z podłożem krzemowym. Efektem tychże zderzeń był wzrost temperatury krzemu, który przyczyniał się do uwalniania pozytonów i wiązania ich z elektronami pochodzącymi z krzemu. Wynik przeprowadzonego eksperymentu zaskoczył samych naukowców. Okazało się, że prawie wszystkie emitowane „atomy” pozytonium, zamiast szerokiego zakresu energii, posiadały zbliżoną wartość energii wynoszącą około 0,16 eV.

Na podstawie uzyskanych wyników stwierdzono także, że elektrony wzbudzone z pasma walencyjnego do pasma przewodnictwa krzemu były rozpraszane do nieobsadzonych stanów powierzchniowych. Zazwyczaj elektrony te wiążą się z dziurami tworząc parę elektron-dziura, nazywaną ekscytonem powierzchniowym, jednakże obecność pozytonów powoduje, że elektrony mogą łączyć się także z nimi tworząc właśnie pozytonium.

Tworzenie pozytonium z użyciem lasera

Całkiem niedawno grupa badawcza Cassidy’ego wykazała, że energia potrzebna do wygenerowania pozytonium może być w bardziej efektywny sposób dostarczona przy użyciu światła laserowego, aniżeli poprzez ogrzewanie próbki za pomocą skolimowanej wiązki jonów. Oświetlanie krzemowego podłoża impulsami zielonego lasera, znacznie zwiększało strumień emitowanych atomów pozytonium. Odkryto także, że użycie lasera emitującego ciągłe promieniowanie powinno jeszcze w większym stopniu wpłynąć na intensywność strumienia pozytonium nawet, gdy temperatura krzemu byłaby bliska 0 K. Taki wniosek uzyskano w oparciu o ekstrapolowanie danych doświadczalnych.

Według Michaela Charltona ze Swansea University w Wielkiej Brytanii, zdolność do generowania znacznej ilości atomów pozytonium, nawet w bardzo niskich temperaturach, sprawia, że metoda opracowana przez naukowców z Riverside jest bardzo atrakcyjna do wytwarzania antywodoru (wiązanie pomiędzy antyprotonem i pozytonem zachodzi w odpowiednio niskiej temperaturze). Jeden ze współpracowników Cassidy’ego wspomniał także, że atomy pozytonium mogłyby być wykorzystane do badania fundamentalnych praw fizyki.

Artykuł pochodzi ze strony: physicsworld.com