– Enorme perspektiver åpnes av denne teknikken, inkludert svært nøyaktige målinger på antimaterie, sier Antoine Camper, en av bidragsyterne i en ny studie gjort ved Antimaterie-fabrikken på CERN og forskere ved Universitetet i Oslo.
Hva er antimaterie?
Alle ladde partikler har en antipartikkel som er helt lik, men med motsatt ladning.
Elektronet er negativt ladet og har en positivt ladet antipartikkel som kalles positron.
Når en partikkel og en antipartikkel møtes utsletter de hverandre og sender ut all energien sin som stråling.
Antimaterie finnes ikke bare i laboratoriet eller ute i universet: Eksempelvis sender en banan ut et positron hvert 75. minutt, ettersom bananer inneholder bittelitt av det radioaktive stoffet kalium-40.
Antimaterie, et slags motstykke til det vår verden er laget av, og som utsletter alt det kommer i kontakt med i en voldsom eksplosjon. På film brukes antimaterie som kraftkilde i rommet og til å sprenge Vatikanet i lufta. I virkeligheten er antimaterie mest nyttig – ihvertfall foreløpig – i medisinen, til PET-undersøkelser på sykehus.
Mysteriet med antimaterie
Det knytter seg et stort mysterium til antimaterie. I big bang ble det etter alt å dømme laget like mye materie som antimaterie. Men når de to møtes utsletter de hverandre, så hvorfor ble det i det hele tatt igjen noe materie?
For å finne ut av dette studerer forskere antimaterien fra alle kanter og etter alle kunstens regler. Siden antimaterie er notorisk vanskelig å forske på – det forsvinner jo så snart det kommer borti noe – må de utvikle stadig ny teknologi og nye måter å bruke den på. Dette siste kommer både grunnforskning og resten av samfunnet til gode.
Bruker laser for å kjøle ned positronium
For å gjøre nøyaktige målinger på antimaterie lager forskerne elektrisk nøytrale atomer, som antihydrogen, som består av et positivt ladet positron og et negativt ladet antiproton.
Høsten 2023 klarte forskere for første gang å vise i et eksperiment at et antihydrogen faller nedover, akkurat som vanlig hydrogen.
I en ny studie annonserer forskerne nå at de har klart å kjøle ned positronium ved å bruke laser. Positronium består av et elektron og et positron, altså en materie- og en antimaterie-partikkel.
Eksisterer bare i 142 nanosekunder av gangen
– Hvorfor utsletter de ikke hverandre?
– De gjør det etterhvert, sier Camper. Han har vært sentral i de nye eksperimentene, som er gjort ved AEgIS-eksperimentet på CERN.
Elektronet og positronet holder sammen i 142 nanosekunder, eller milliarddeler av et sekund, før de forsvinner i en skur av gammastråler, lyspartikler med høy energi.
Camper og kollegene har brukt lys fra en laser til å kjøle ned positroniumet fra 380 ned til 170 kelvin. Samtidig økte levetiden.
Baner vei for ny teknologi
Camper forteller at å kunne manipulere positronium i seg selv er interessant. Nøyaktige målinger av positronium er viktig for å finne ut av antimaterie-problemet. Dessuten kan positronium være et skritt på veien mot å lage antihydrogen på enklere måte.
Den nye teknikken åpner for nye eksotiske eksperimenter og tekniske anvendelser. Svært nøyaktige studier av materialoverflater og porer på nanostørrelse er en mulighet Camper peker på.
– På sikt kan dette også være et skritt på veien mot en gammastrålelaser, en svært kraftig laser, sier han.
Kilde:
L.T. Glögger m.fl., Positronium Laser Cooling via the 13S−23P Transition with a Broadband Laser Pulse, Physical Review Letters, februar 2024
