Membekukan Atom Positronium Dengan Laser Untuk Membuka Rahasia Antimateri
Pendinginan positronium. Kolaborasi AEgIS di CERN telah secara eksperimental mendemonstrasikan pendinginan laser positronium menggunakan sistem laser berbasis alexandrite. Kredit: CERN – Politecnico di Milano
Para peneliti berhasil mendinginkan atom positronium, yang secara signifikan berdampak pada penelitian antimateri dan memungkinkan eksperimen baru dalam elektrodinamika kuantum dan potensi kondensat antimateri Bose-Einstein.
Kolaborasi AEgIS (Eksperimen Antimateri: gravitasi, Interferometri, Spektroskopi) internasional di CERNdi mana Prof. Giovanni Consolati dari Departemen Sains dan Teknologi Dirgantara berpartisipasi atas nama Politecnico di Milano, secara eksperimental mendemonstrasikan, untuk pertama kalinya, pendinginan laser positronium (Ps) menggunakan sistem laser tertentu (berbasis alexandrite), khususnya dikembangkan untuk memenuhi persyaratan pendinginan: intensitas tinggi, bandwidth besar, dan durasi pulsa panjang.
Suhu ekivalen atom Ps yang keluar dari target berpori (pada suhu kamar) yang terkena sinar positron menurun dari 380 K menjadi 170 K, sesuai dengan penurunan komponen transversal kecepatan Ps rms dari 54 km/s menjadi 37 km /S.
Sifat Unik Positronium
Ps adalah saudara kecil dari hidrogen, dengan positron menggantikan proton. Oleh karena itu, ia lebih ringan sekitar 2000 kali lipat dari hidrogen dan tingkat energinya berkurang sebesar 2 kali lipat. Ia tidak stabil: dalam ruang hampa dan dalam keadaan dasar, dengan putaran paralel kedua partikel, ia musnah dengan masa hidup hanya 142 ns. Pendinginan Ps harus terjadi selama umurnya yang pendek dan hal ini menjadikan prosesnya sangat menantang jika dibandingkan dengan atom biasa. Penggunaan laser berdenyut dengan bandwidth besar memiliki keuntungan dalam mendinginkan sebagian besar awan positronium sekaligus meningkatkan masa pakai efektifnya, sehingga juga menghasilkan jumlah Ps yang lebih tinggi setelah pendinginan untuk eksperimen lebih lanjut.
Implikasi untuk Penelitian Antimateri
Dalam kasus eksperimen AEgIS, yang bertujuan untuk mengukur percepatan gravitasi antihidrogen (sebagai pengujian prinsip kesetaraan lemah untuk antimateri), eksperimen terakhir ini diperoleh melalui reaksi antara Ps dalam keadaan tereksitasi dan antiproton yang terperangkap. Semakin rendah kecepatan Ps semakin tinggi kemungkinan pembentukan antihidrogen, oleh karena itu penting untuk menghasilkan Ps dengan energi kinetik serendah mungkin.
Memajukan Ilmu Pengetahuan Dasar dan Potensi Penerapannya
Ketersediaan atom Ps yang cukup ‘dingin’ merupakan hal yang paling penting bagi ilmu pengetahuan dasar, misalnya spektroskopi presisi tingkat energi tereksitasi Ps yang memungkinkan pengujian elektrodinamika kuantum dengan presisi yang belum pernah ada sebelumnya, atau pengujian prinsip kesetaraan dengan sistem leptonik murni.
Selain itu, kemungkinan untuk membentuk kumpulan atom Ps dingin dapat membuka jalan menuju kondensat antimateri Bose-Einstein pertama (BEC, sudah diperoleh dengan mendinginkan atom biasa dengan laser), suatu keadaan di mana fenomena mekanika kuantum bermanifestasi secara makroskopis. BEC positronium memerlukan pemusnahan terstimulasi, yang telah diusulkan sebagai cara untuk menghasilkan radiasi elektromagnetik yang koheren dalam kisaran energi sinar gamma.
Hasilnya telah dipublikasikan di Surat Tinjauan Fisik sebagai Sorotan Editor.
Referensi: “Pendinginan Laser Positronium melalui 13S−23Transisi P dengan Pulsa Laser Broadband” paling lambat 22 Februari 2024, Surat Tinjauan Fisik.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.083402
RisalahPos.com Network
Related posts
# PARTNERSHIP
