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Les atomes d’antihydrogène ont été refroidis par un laser pour la première fois, ouvrant la voie à des études précises qui pourraient révéler pourquoi il y a plus d’antimatière dans l’univers. Le refroidissement a été effectué par une équipe internationale de physiciens du CERN en Suisse, qui a utilisé un nouveau type de laser pour refroidir les atomes Ils ont ensuite mesuré une transformation électronique majeure en antihydrogène avec une précision sans précédent. Cette percée pourrait conduire à des tests améliorés d’autres propriétés clés de l’antimatière.

Dans tous les processus observés en laboratoire et presque tous les processus prédits par le modèle standard de physique des particules, la formation de particules est toujours accompagnée de la formation d’une antiparticule Au contraire, lorsqu’une particule rencontre une antiparticule, elles périssent toutes les deux, mais l’un des faits incontestables est que nous vivons dans un univers presque entièrement composé de matière – ce qui pose la question de savoir combien de matière est créée sans une quantité équivalente de matière. antimatière. Dans le big bang

Dans le modèle standard, les propriétés physiques d’une particule (comme un électron) semblent être égales et de l’antimatière à l’antimatière (positron) – les électrons et les positrons ont la même masse mais ont une charge électrique opposée, par exemple, donc à la recherche de légères différences entre les particules et leurs équivalents d’antimatière Cela pourrait faire la lumière sur l’asymétrie de la matière et de l’antimatière dans l’univers Une façon de faire est de créer et d’étudier un antihydrogène, qui comprend un positron et un anti-proton.

Comme pour l’hydrogène normal, les propriétés quantiques de l’anti-hydrogène deviennent plus prononcées à des températures plus basses. Cependant, le refroidissement d’antiatomes comme l’anti-hydrogène n’est pas facile. De nombreuses techniques de refroidissement de la matière ne sont tout simplement pas disponibles: le refroidissement sympathique, dans lequel les atomes perdent de l’énergie En entrant en collision avec différents atomes, ce n’est pas possible car cela annihilera le refroidissement par évaporation, car tous les atomes piégés, à l’exception des plus froids, laissent l’énergie avec eux, ce qui est actuellement impossible car la production d’antimatière est très difficile: «Ce n’est pas une option avec l’antimatière», déclare Geoffrey Hangst, de l’Université d’Aarhus au Danemark, qui travaille sur l’expérience de l’instrument de physique anti-hydrogène (ALPHA) au CERN; “Nous n’avons pas les chiffres Nous n’avons pas de densité “

Une possibilité est le refroidissement Doppler, qui fonctionne – paradoxalement – en excitant les atomes. Si les atomes sont irradiés à une fréquence laser juste en dessous de celle nécessaire pour exciter une transmission d’électrons, l’atome se déplaçant vers le faisceau verra le rayonnement devenir bleu et peut absorber un photon lorsque cet état excité se décompose, il émet plus d’énergie qu’il n’en absorbe à l’origine, ce qui conduit à refroidir l’échantillon Cette technique est largement utilisée avec d’autres atomes mais elle a un problème avec l’hydrogène – l’atome dont l’antimatière a été produite Jusqu’à présent, la seule transition appropriée est la transition Lyman -alpha entre les orbites 1s et 2p, et comprend la lumière à des longueurs d’onde ultraviolettes vierges autour de 121 nm.Cependant, il n’y a pas de lasers pratiques fonctionnant dans cette région, et les efforts pour développer des lasers à onde continue a faibli après des années de tentatives

Pour ce nouveau travail, Makoto Fujiwara, un collègue d’Alpha de TRIUMF au Canada, a suggéré d’essayer le refroidissement par laser pulsé et, avec ses collègues, a entrepris de produire un appareil produisant un laser pulsé de 1216 nm à partir de 729 4 lumière laser à onde continue nm: Fujiwara dit: “Avec le recul” Cela semble être une chose évidente à faire “, mais Hangst dit:” Beaucoup de nos collègues étaient tristes quand il a suggéré cela et quand ils ont commencé à construire les lasers. “

Les chercheurs ont ensuite conçu un piège magnétique cylindrique avec des extrémités transparentes à une extrémité. Ils ont injecté les antiprotons du retardateur anti-proton dans le CERN. D’autre part, ils ont ajouté des positrons plusieurs heures plus tard. Environ 1000 atomes d’antihydrogène se sont accumulés dans le CERN. centre du piège. Ensuite, les chercheurs ont utilisé un laser spécial. Pour refroidir les atomes, ils n’ont pas indiqué une température finale dans leur papier, car les atomes n’atteignaient pas l’équilibre thermique, mais le pic alpha chargé de Lyman a révélé que les atomes étaient se déplaçant plus lentement que précédemment

Les chercheurs ont ensuite mesuré le taux de transition entre les orbites 1 et 2 dans l’antihydrogène: “C’est la meilleure chose que nous comprenons dans l’hydrogène, il est parfaitement mesuré avec une précision d’environ 10-15”, dit Hangst, “et c’est le chose que nous voulons comparer avec l’hydrogène. “Leurs nouveaux résultats montrent une meilleure précision du refroidissement et ils ont l’intention de rapporter une comparaison avec l’hydrogène dans les travaux futurs. L’équipe souhaite également étudier d’autres propriétés de l’antihydrogène, en commençant par le principe d’équivalence d’Einstein, qui dit que c’est important et l’antimatière se comporte de la même manière sous l’influence de la gravité.

Fujiwara qualifie le succès de l’équipe de «révolutionnaire», et Vladan Vuletich du Massachusetts Institute of Technology (qui n’a pas participé aux travaux) est d’accord: «Le principal défi du refroidissement de l’hydrogène ou de l’anti-hydrogène a toujours été Génère un rayonnement laser à des longueurs d’onde aussi courtes avec la pureté spectrale nécessaire Vous construisez ceci en plus de cette expérience très complexe: vous devez d’abord produire les antiprotons; Vous devez les piéger avec des positrons dans un piège électromagnétique; Il faut les neutraliser en antihydrogène, puis surtout introduire le refroidissement laser »

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Actualités – CA – Une percée dans le refroidissement par laser anti-hydrogène pourrait en révéler la raison pour sa domination de la matière sur l’univers – le monde de la physique

Source: https://physicsworld.com/breakthrough-in-laser-cooling-antihydrogen-could-reveal-why-matter-dominates-the-universe/

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