För närvarande, ett av de viktigaste målen inom ultrakyld vetenskap är att kyla väteatomer till så nära absolut noll som möjligt. Ultrakallt antikväte skulle bana väg mot ultraprecisa antimaterieexperiment som kan hjälpa till att svara på några av de mest förvirrande frågorna om antimateria. Till exempel, hur verkar tyngdkraften på antimateria? Varför ser vi inga antimaterier i universum? Och kan det vara möjligt att skapa antiatomer för alla element från det periodiska systemet i labbet?

I en ny artikel publicerad i Fysiska granskningsbrev , ett team av fysiker från Tyskland och USA har undersökt en av de mest lovande kandidaterna för förkylning av väte, som är den negativt laddade lantanjonen.

Anledningen till att lantananjoner kan spela en nyckelroll i antimaterieexperiment är att de har precis rätt elektroniska egenskaper för att genomgå laserkylning, ett förfarande som kan kyla ner ett system till några av de kallaste möjliga temperaturerna. När lantananjonerna är laserkylda, de kan sedan användas för att sympatiskt kyla antiprotoner, som är en av de två grundläggande beståndsdelarna i väteatomer (den andra är positronen, som är en positivt laddad elektron). Ultralätt antikväte kan sedan produceras från de antiprotoner som har kylts sympatiskt av de laserkylda anjonerna.

För att framgångsrikt genomföra detta tillvägagångssätt, dock, det är nödvändigt att undersöka flera egenskaper hos lantananjonen när det gäller laserkylning. Som forskarna förklarar i den nya artikeln, den komplicerade elektroniska strukturen för lantananjoner gör denna typ av analys mycket utmanande, och tidigare ansträngningar har resulterat i stora inkonsekvenser mellan teoretiska och experimentella data.

För att hantera dessa utmaningar, forskarna utförde nya experiment med avancerade spektroskopitekniker, och presenterade också en ny teoretisk strategi. I sitt teoretiska tillvägagångssätt, de separerade behandlingen av de elektroniska korrelationerna i två problem. Eftersom lantananjonen har 58 elektroner, forskarna behandlade lantananjonen som en Xenon-liknande kärna (med 54 elektroner) med ytterligare fyra valenselektroner. Genom att adressera kärnelektronerna och valenselektronerna separat, de kunde beräkna teoretiska data som passade nära experimentella data. Ett av de uppmuntrande resultaten var att de hittade en starkare än väntat kylövergång, vilket antyder den lovande potentialen för lantananjoner för framställning av ultrakallt antiväte.

"Vi har nu fullt ut präglat den relevanta övergången i lantananjonen, inklusive alla dess förfallskanaler, och vet att jonen kan laserkyldas. Exakt 40 år efter den första laserkylningen av en positiv jon, laserkylningen av en negativ jon är precis runt hörnet, "medförfattare Alban Kellerbauer, vid Max Planck Institute for Nuclear Physics, berättade Phys.org . "För att sammanfatta, vi mätte övergångsfrekvensen exakt och, viktigast, tvärsnittet (som kan användas för att direkt beräkna övergångshastigheten). De teoretiska beräkningarna gällde mestadels förgreningsförhållanden och även övergångshastigheter, inklusive den uppmätta av laserkylningsövergången. De beräknade och uppmätta värdena (för Einstein -koefficienten, vilket är ännu ett sätt att uttrycka tvärsnittet/hastigheten) håller väl med, vilket stöder de mycket mindre osäkerheterna hos de beräknade värdena jämfört med tidigare insatser. "

© 2018 Phys.org