Pela primeira vez pesquisadores fazem manipulação de antimatéria com laser

A manipulação da antimatéria a laser também abre a porta para uma variedade de inovações físicas de ponta.

Um dos nossos mecanismos mais precisos para controlar a matéria agora foi aplicado aos átomos de antimatéria pela primeira vez. O resfriamento a laser, que retarda o movimento das partículas para que possam ser medidos com mais precisão, pode fazer com que os átomos de anti-hidrogênio diminuam em uma ordem de magnitude.

As partículas de antimatéria tem a mesma massa que as partículas de matéria comum, mas de carga oposta. Um átomo de anti-hidrogênio por exemplo é feito de um antipróton e um pósitron, a antimatéria equivalente a um elétron. Como eles se aniquilam ao entrar em contato com a matéria, os átomos de antimatéria são excepcionalmente difíceis de criar e controlar em nosso mundo e nunca haviam sido manipulados com um laser.

Makoto Fujiwara no TRIUMF, Centro Nacional de aceleração de partículas do Canadá, e seus colegas usaram um experimento de captura de anti-hidrogênio chamado ALPHA-2 no laboratório de física de partículas do CERN perto de Genebra, Suíça, para criar nuvens de cerca de 1000 átomos de anti-hidrogênio em uma armadilha magnética.

A equipe desenvolveu um laser que dispara fótons no comprimento de onda certo para desacelerar quaisquer antiátomos que estejam se movendo diretamente em direção ao laser, diminuindo a velocidade pouco a pouco. “É como se estivéssemos atirando uma pequena bola no átomo, e a bola é muito pequena, então a desaceleração nessa colisão é muito pequena, mas fazemos isso muitas vezes e, eventualmente, o grande átomo vai desacelerar”, diz Fujiwara.

Este é realmente um marco empolgante para nós, mas o que é ainda mais empolgante são as coisas que isso nos permite fazer no futuro – os novos tipos de medições e experimentos que antes eram impensáveis ​​com a antimatéria”, diz Fujiwara. A maioria dessas possibilidades está relacionada às medições extremamente precisas que devem ser feitas para procurar quaisquer pequenas diferenças no comportamento da matéria e da antimatéria.

Os resultados de hoje são o culminar de um programa de pesquisa e engenharia de anos de duração, conduzido na UBC, mas apoiado por parceiros de todo o país”, disse Takamasa Momose, pesquisador da Universidade de British Columbia (UBC) com a equipe canadense da ALPHA, que liderou o desenvolvimento do laser. “Com essa técnica, podemos abordar mistérios de longa data como: ‘Como a antimatéria responde à gravidade? A antimatéria pode nos ajudar a entender as simetrias na física?’. Essas respostas podem alterar fundamentalmente nossa compreensão do nosso Universo.”

Desde sua introdução, há 40 anos, a manipulação e o resfriamento de átomos comuns a laser revolucionaram a física atômica moderna e possibilitaram vários experimentos vencedores do Prêmio Nobel.

Ao resfriar a antimatéria, os pesquisadores serão capazes de realizar uma variedade de testes de precisão para investigar mais profundamente as características da antimatéria, incluindo experimentos que podem iluminar as simetrias fundamentais do nosso Universo. Esses testes podem oferecer pistas sobre por que o Universo é feito principalmente de matéria e não de partes iguais de matéria/antimatéria, conforme previsto pelos modelos do Big Bang.

Momose e Fujiwara estão agora liderando um novo projeto canadense, denominado HAICU, para desenvolver novas técnicas quânticas para estudos de antimatéria. “Meu próximo sonho é fazer uma” fonte “de antiátomos lançando a antimatéria resfriada a laser no espaço livre. Se realizada, isso permitiria uma classe inteiramente nova de medições quânticas que antes eram impensáveis”, disse Fujiwara. “Além disso, estamos um passo mais perto de sermos capazes de fabricar as primeiras moléculas de antimatéria do mundo unindo anti-átomos usando nossa tecnologia de manipulação a laser“, disse Momose.

Referência de Periódico: Resfriamento a laser de átomos de anti-hidrogênio, Nature (2021). DOI: 10.1038 / s41586-021-03289-6

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