Des physiciens de la collaboration ALPHA (Antihydrogen Laser Physics Apparatus) au CERN ont démontré avec succès le refroidissement laser de l’antihydrogène, l’atome d’antimatière constitué antiproton et un positron

L’antimatière est une nécessité dans les modèles de mécanique quantique les plus réussis de la physique des particules Il est devenu disponible dans les laboratoires il y a près d’un siècle avec la découverte du positron chargé positivement

Lorsque la matière et l’antimatière se rejoignent, l’anéantissement se produit; un effet saisissant où les particules d’origine disparaissent

L’annihilation peut être observée en laboratoire et est même utilisée dans les techniques de diagnostic médical telles que les tomographies par émission de positons

Cependant, l’antimatière présente une énigme Une quantité égale d’antimatière et de matière s’est formée dans le Big Bang, mais cette symétrie n’est pas préservée aujourd’hui car l’antimatière semble être pratiquement absente de l’Univers visible.

«La capacité de refroidir au laser des atomes d’antihydrogène change la donne pour les mesures spectroscopiques et gravitationnelles, et pourrait ouvrir de nouvelles perspectives dans la recherche sur l’antimatière, comme la création de molécules d’antimatière et le développement de l’interférométrie des atomes d’antihydrogène». dit le Dr Jeffrey Hangst, porte-parole de la collaboration ALPHA

“Nous sommes au-dessus de la Lune Il y a environ dix ans, le refroidissement par laser de l’antimatière était du domaine de la science-fiction”

Les physiciens de l’ALPHA produisent des atomes d’antihydrogène en prenant des antiprotons du Décélérateur d’antiprotons du CERN et en les liant avec des positrons provenant d’une source de sodium-22

Il confine ensuite les atomes d’antihydrogène résultants dans un piège magnétique, ce qui les empêche d’entrer en contact avec la matière et de s’annihiler

Ensuite, les chercheurs effectuent généralement des études spectroscopiques, c’est-à-dire qu’elles mesurent la réponse des atomes d’antimatière au rayonnement électromagnétique – lumière laser ou micro-ondes.

Ces études leur ont permis, par exemple, de mesurer la transition électronique 1S-2S en antihydrogène avec une précision sans précédent

Cependant, la précision de ces mesures spectroscopiques et des mesures futures prévues du comportement de l’antihydrogène dans le champ gravitationnel de la Terre dans les expériences en cours est limitée par l’énergie cinétique ou, de manière équivalente, la température des atomes d’antimatière.

C’est là qu’intervient le refroidissement laser Dans cette technique, les photons laser sont absorbés par les atomes, ce qui les amène à atteindre un état d’énergie plus élevée

Parce que l’interaction dépend de la vitesse des atomes et que les photons transmettent une impulsion, la répétition de ce cycle d’absorption-émission plusieurs fois conduit au refroidissement des atomes à basse température

Dans la nouvelle étude, les scientifiques de l’ALPHA ont pu refroidir au laser un échantillon d’atomes d’antihydrogène piégés magnétiquement en poussant à plusieurs reprises les atomes d’antihydrogène de l’état de la plus basse énergie des atomes (l’état 1S) à un état de plus haute énergie ( 2P) utilisant une lumière laser pulsée avec une fréquence légèrement inférieure à celle de la transition entre les deux états

Après avoir éclairé les atomes piégés pendant plusieurs heures, ils ont observé une diminution de plus de dix fois de l’énergie cinétique médiane des atomes, de nombreux atomes d’antihydrogène atteignant des énergies inférieures à un microeletronvolt (environ 0012 degrés au-dessus du zéro absolu en équivalent de température)

Après avoir refroidi avec succès les atomes d’antihydrogène au laser, l’équipe ALPHA a étudié comment le refroidissement du laser affectait une mesure spectroscopique de la transition 1S-2S et a constaté que le refroidissement entraînait une raie spectrale plus étroite pour la transition – environ quatre fois plus étroite que celle observée sans refroidissement laser

«Notre démonstration du refroidissement par laser des atomes d’antihydrogène et son application à la spectroscopie 1S – 2S représente le point culminant de nombreuses années de recherche et de développement sur l’antimatière au décélérateur d’antiprotons du CERN,» Dr Hangst a dit

«Historiquement, les chercheurs ont eu du mal à refroidir l’hydrogène normal au laser, c’est donc un rêve un peu fou pour nous depuis de nombreuses années», a déclaré le Dr Makoto Fujiwara, physicien à TRIUMF, le centre canadien d’accélérateurs de particules, qui a proposé d’utiliser un laser pulsé pour refroidir l’antihydrogène piégé

«Avec cette technique, nous pouvons aborder des mystères de longue date tels que: Comment l’antimatière réagit-elle à la gravité? L’antimatière peut-elle nous aider à comprendre les symétries en physique? Ces réponses peuvent modifier fondamentalement notre compréhension de notre univers », a déclaré le Dr Takamasa Momose, physicien à l’Université de la Colombie-Britannique

«Comme il n’y a pas d’antihydrogène, nous devons le fabriquer dans le laboratoire du CERN C’est un exploit remarquable que nous puissions désormais refroidir également l’antihydrogène au laser et effectuer une mesure spectroscopique très précise, le tout en moins d’une journée », a déclaré le professeur Niels Madsen, physicien à l’Université de Swansea.

«Il y a seulement deux ans, la spectroscopie à elle seule prenait dix semaines Notre objectif est d’étudier si les propriétés de notre antihydrogène correspondent à celles de l’hydrogène ordinaire comme prévu par symétrie”

“Ce résultat spectaculaire fait passer la recherche antihydrogène au niveau supérieur, car la précision améliorée qu’apporte le refroidissement laser nous met en conflit avec des expériences sur la matière normale”, a déclaré le professeur Stefan Eriksson, physicien à l’Université de Swansea.

“C’est un défi de taille puisque le spectre de l’hydrogène que nous comparons a été mesuré avec une précision stupéfiante de quinze chiffres Nous améliorons déjà notre test pour relever le défi! »

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Physiciens CERN Cool Antimatière Utilisation de la lumière laser pour Première fois
Une nouvelle antimatière refroidie par laser pourrait tester les fondations de la physique moderne
Antimatière refroidie à presque zéro absolu par faisceau laser

Source: http://www.sci-news.com/physics/antihydrogen-laser-cooling-09520.html

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