Momenteel, een van de belangrijkste doelen in de ultrakoude wetenschap is om antiwaterstofatomen af ​​te koelen tot zo dicht mogelijk bij het absolute nulpunt. Ultrakoude antiwaterstof zou de weg vrijmaken voor ultraprecieze antimaterie-experimenten die zouden kunnen helpen bij het beantwoorden van enkele van de meest verbijsterende vragen over antimaterie. Bijvoorbeeld, hoe werkt zwaartekracht op antimaterie? Waarom zien we geen antimaterie in het heelal? En zou het mogelijk zijn om van alle elementen uit het periodiek systeem in het lab anti-atomen te maken?

In een nieuw artikel gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven , een team van natuurkundigen uit Duitsland en de VS heeft een van de meest veelbelovende kandidaten voor het voorkoelen van antiwaterstof onderzocht, dat is het negatief geladen lanthaan-ion.

De reden waarom lanthaan-anionen een sleutelrol kunnen spelen in antimaterie-experimenten, is dat ze precies de juiste elektronische eigenschappen hebben om laserkoeling te ondergaan, een procedure die een systeem kan afkoelen tot enkele van de koudst mogelijke temperaturen. Zodra de lanthaan-anionen lasergekoeld zijn, ze kunnen dan worden gebruikt om antiprotonen sympathiek af te koelen, die een van de twee basisbestanddelen van antiwaterstofatomen zijn (de andere is het positron, wat een positief geladen elektron is). Ultrakoude antiwaterstof kan dan worden geproduceerd uit de antiprotonen die sympathiek zijn gekoeld door de lasergekoelde anionen.

Om deze aanpak succesvol te implementeren, echter, het is noodzakelijk om verschillende eigenschappen van het lanthaan-anion te onderzoeken in verband met laserkoeling. Zoals de wetenschappers in het nieuwe artikel uitleggen, de gecompliceerde elektronische structuur van lanthaan-anionen maakt dit soort analyse zeer uitdagend, en eerdere inspanningen hebben geleid tot grote inconsistenties tussen theoretische en experimentele gegevens.

Om deze uitdagingen aan te gaan, de wetenschappers voerden nieuwe experimenten uit met behulp van geavanceerde spectroscopietechnieken, en presenteerde ook een nieuwe theoretische benadering. In hun theoretische benadering ze scheidden de behandeling van de elektronische correlaties in twee problemen. Omdat het lanthaan-anion 58 elektronen heeft, de onderzoekers behandelden het lanthaan-anion als een Xenon-achtige kern (met 54 elektronen) met vier extra valentie-elektronen. Door de kernelektronen en de valentie-elektronen afzonderlijk aan te spreken, ze waren in staat om theoretische gegevens te berekenen die nauw overeenkwamen met de experimentele gegevens. Een van de bemoedigende resultaten was dat ze een sterker dan verwachte koelingsovergang vonden, wat het veelbelovende potentieel van lanthaananionen suggereert voor het produceren van ultrakoude antiwaterstof.

"We hebben nu de relevante overgang in het lanthaananion volledig gekarakteriseerd, inclusief al zijn vervalkanalen, en weet dat het ion lasergekoeld kan worden. Precies 40 jaar na de eerste laserkoeling van een positief ion, de laserkoeling van een negatief ion staat voor de deur, " co-auteur Alban Kellerbauer, aan het Max Planck Instituut voor Kernfysica, vertelde Phys.org . "Samenvatten, we hebben nauwkeurig de overgangsfrequentie gemeten en, het belangrijkste, de doorsnede (die kan worden gebruikt om de overgangssnelheid direct te berekenen). De theoretische berekeningen gingen meestal over vertakkingsverhoudingen en ook over overgangssnelheden, inclusief de gemeten een van de laserkoeling overgang. De berekende en gemeten waarden (van de Einstein-coëfficiënt, wat nog een andere manier is om de doorsnede/snelheid uit te drukken) goed mee eens, wat de veel kleinere onzekerheden van de berekende waarden ondersteunt in vergelijking met eerdere inspanningen."

© 2018 Fys.org