激光网2月27日消息，欧洲核子研究中心反物质工厂的研究人员正在研究反氢实验：重力、干涉测量、光谱学首次用激光冷却正电子。据研究人员称，这一成就可能标志着迈向发射类似激光的伽马射线的物质反物质系统的第一步。
AEgIS是欧洲核子研究中心反物质工厂生产和研究反氢原子的几个实验之一，目的是高精度地测试反物质和物质是否以同样的方式落到地球上。
研究人员说，这项实验为一套全新的反物质研究铺平了道路，包括产生伽马射线激光的前景，这将使研究人员能够观察原子核内部，并具有物理学以外的应用。
大约三年前首次应用于反物质原子的激光冷却工作原理是在光子吸收和发射的许多周期中，用激光光子一点一点地减慢原子的速度。这通常是使用窄带激光器完成的，窄带激光器发射的光频率范围很小。相比之下，AEgIS团队在他们的研究中使用了宽带激光。
“宽带激光不仅冷却一小部分，而且冷却大部分正电子样品，”AEgIS发言人Ruggero Caravita说。“更重要的是，我们在不施加任何外部电场或磁场的情况下进行了实验，简化了实验设置并延长了正电子的寿命。
为了产生反氢，AEgIS将一束正电子引导到反物质工厂中产生并减速的反质子云中。当反质子和正电子在反质子云中相遇时，正电子将其正电子让给反质子，形成反氢。
以这种方式产生反氢意味着AEgIS还可以研究正电子，正电子本身就是一种反物质系统，正在通过全球实验进行研究。
正电子的寿命非常短，在1420亿分之一秒内湮灭成伽马射线。然而，由于它只包含两个点状粒子，电子和它的反物质对应物，“这是一个完美的实验系统，”卡拉维塔说，“前提是，除其他实验挑战外，正电子样品可以冷却到足以高精度测量它。
通过将激光冷却技术应用于正电子样品，该合作已经成功地将样品的温度降低了一半以上，从 380 ºK 到 170 ºK，从而实现了测量。在后续实验中，该团队的目标是打破10ºK的障碍。 AEgIS的正电子激光冷却为反物质研究开辟了新的可能性。
其中包括对这个奇特但简单的物质-反物质系统的性质和引力行为的高精度测量，这可能会揭示新的物理学。它还允许产生正电子玻色-爱因斯坦凝聚态，其中所有成分都占据相同的量子态。这种凝聚物已被提议作为通过物质 - 反物质湮灭其成分产生相干伽马射线的候选者 - 由单色波组成的激光状光，它们之间具有恒定的相位差。
“反物质的玻色 - 爱因斯坦凝聚体将是基础和应用研究的不可思议的工具，特别是如果它允许产生相干伽马射线，研究人员可以窥视原子核，”卡拉维塔说。
AEgIS合作与一个独立团队分享了其在正电子激光冷却方面的成就，该团队使用了不同的技术，并在AEgIS的同一天将他们的结果发布在arXiv预印本服务器上。
该研究发表在《物理评论快报》上。
