EN İYİ HİKAYELER
Bilim adamları, antimadde atomlarını nasıl frenleyeceklerini buluyor

Bilim adamları, antimadde atomlarını nasıl frenleyeceklerini buluyor

Antimadde atomları maddeyle temas ettiklerinde yok olurlar – bu da her şeyi oluşturur. Bilim adamları, bu durum onları incelemeyi zorlaştırıyor, diyor bilim adamları, çünkü antimadde üzerinde çalışmak, evrenin nasıl oluştuğunu anlamanın anahtarıdır.

Öyleyse soru şuydu, antimadde atomlarını doğru şekilde incelemek ve ölçmek için nasıl manipüle edebilirsiniz?

Bir grup bilim insanı, Kanada yapımı özel bir lazerin patlamalarıyla antimadde atomlarını yavaşlatarak bunu yapmanın bir yolunu bulduklarını söylüyorlar. Ve bunun laboratuvarda antimadde moleküllerini – gerçek dünyada karşılaştığımız maddeye daha çok benzeyen daha büyük parçacıklar – yaratmayı mümkün kılabileceğini söylüyorlar.

Kanada’nın Vancouver, BC’deki parçacık hızlandırıcı merkezi TRIUMF’ta araştırma bilimcisi olan Makoto Fujiwara, “İşin bizim için gerçekten heyecan verici hale geldiği yer burası,” dedi “Daha önce temelde hayal bile edilemeyen şeyleri gerçekten yapmaya başlayabilirsiniz,”

Fujiwara, bilim adamlarının antimaddeyi daha önce hiç olmadığı kadar manipüle etmelerine, incelemelerine ve ölçmelerine izin verebileceğini söyledikleri Kanada yapımı lazeri yaratan ALPHA olarak bilinen uluslararası bilimsel işbirliğinin bir üyesidir. Yeni teknik, onların özelliklerini ve davranışını daha ayrıntılı incelemelerine, maddeyle karşılaştırmalarına ve evrenin kökeni hakkında fizikteki en temel soruların bazılarını yanıtlamalarına yardımcı olacaktı.

Avrupa Nükleer Araştırma Örgütü CERN’in yeraltı laboratuarına dayanan işbirliği, yeni araştırmayı yayınladı. Nature Wednesday dergisinde.

Grup, TRIUMF, British Columbia Üniversitesi (UBC), Simon Fraser Üniversitesi, Victoria Üniversitesi, British Columbia Teknoloji Enstitüsü, Calgary Üniversitesi ve Toronto’daki York Üniversitesi’ndeki Kanadalı araştırmacılar da dahil olmak üzere, dünyanın dört bir yanındaki ülkelerden bilim adamlarını içermektedir. Avrupa Araştırma Konseyi ve Kanada Ulusal Araştırma Konseyi dahil olmak üzere devlet kurumlarından ve birkaç tröst ve vakıftan.

Antimadde nedir?

Fizik anlayışımıza göre, var olan her madde parçacığı için, aynı kütleye, ancak zıt yüklü karşılık gelen bir antimadde parçacığı vardır. Örneğin, bir elektronun “antiparçacığı” – genellikle pozitron olarak adlandırılan bir antielektron – pozitif bir yüke sahiptir.

Antimadde, enerji kütleye dönüştürüldüğünde madde ile eşit miktarlarda üretilir. Bu, CERN’deki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı gibi parçacık çarpıştırıcılarında olur. Ayrıca, evrenin başlangıcında Büyük Patlama sırasında meydana geldiğine inanılıyor.

Ancak artık evrende önemli miktarda antimadde yok – bilim adamları için büyük bir bulmaca.

Bilim adamları, evrenin antimaddesinin neden görünüşte ortadan kaybolduğuna dair ipuçları sağlayabileceğinden, maddeden ne kadar farklı olduğunu anlamak için antimaddeyi inceleyebilmek istiyorlar. Ancak bir sorun var – antimadde ve madde birbiriyle karşılaştığında ikisi de yok oluyor ve saf enerji üretiyor. (Çok büyük bir miktar – Star Trek’teki kurgusal warp sürücüsüne güç veren şey budur).

Dünyamız maddeden oluştuğu için, antimadde ile çalışmak zordur. Uzun bir süre boyunca, bilim adamları laboratuvarda antimadde atomları üretebiliyorlardı, ancak kaplarının madde duvarlarına çarpıp yok edilmeden önce saniyenin milyonda biri kadar dayanmışlardı.

İZLE | Bob McDonald, bu önceki antimadde deneylerinin neden önemli olduğunu açıklıyor

Bob McDonald, antihidrojen deneyinin neden önemli olduğunu açıklıyor 1:59

Daha sonra 2010 yılında, ALPHA işbirliği bir yol geliştirdi. antimadde atomlarını yakala ve tut süper iletken bir mıknatıs tarafından üretilen son derece güçlü bir manyetik alan kullanarak. Bu manyetik alan, onları maddeden yapılmış konteynerlerinin kenarlarından yarım saate kadar uzak tutabilir ve bilim insanlarına yapacak bolca zaman verir. hidrojenle karşılaştıran anti-hidrojen ölçümleri.

Makoto Fujiwara’nın ‘çılgın rüyası’

Yine de bir sorun vardı. Fotoğraf makinenizle çektiğiniz görüntüler bulanık olsa da, fotoğrafını çektiğiniz nesne çok hızlı hareket ediyorsa, onları yavaşlatmadan hidrojen anti-atomları üzerinde hassas ölçümler yapmak zordu. Ancak Fujiwara’nın bunun nasıl yapılacağına dair bir fikri vardı.

“Uzun zaman önce gördüğüm çılgın hayallerimden biri – yani antimadde atomlarının hareketini lazer ışığıyla kontrol etmek ve kontrol etmek,” diye hatırladı.

Normal atomların “lazer soğutma” ile yavaşlatılabileceğini biliyordu (atomlar daha soğuk sıcaklıklarda daha yavaş hareket ediyor ve 0 Kelvin veya 0 K sıcaklıkta hareket etmeyi durduruyor, -273,15 C’ye eşdeğer, mutlak sıfır olarak adlandırılıyor). Her elementin atomları belirli ışık renklerine duyarlıdır. Onlara belirli koşullar altında bu belirli renklerle vurmak, ışığı emmelerine ve süreçte yavaşlamalarına neden olabilir.

Teoride, hidrojen anti-atomları normal hidrojen atomlarıyla aynı renklere tepki vermelidir (araştırmacıların 2018’de onayladığı bir şey.)

İZLE | Bir ALPHA Kanada animasyonu, ALPHA deneyinin hidrojeni nasıl oluşturup yakaladığını ve bir tür ölçüm aldığını açıklıyor

ALPHA Kanada animasyonu çığır açan deneyini açıklıyor 3:25

ALPHA, hidrojenin antimadde atomlarını yakalamayı başarır başarmaz, Fujiwara onlara lazerle soğutma yapmayı önerdi.

Meslektaşları başlangıçta güldüler, hatırladı, “çünkü herkes bunun için bir lazer inşa etmenin çok zor olacağını biliyordu.”

Fizikte dalga boyuyla temsil edilen ihtiyaç duydukları renk (örneğin, kırmızı yaklaşık 700 nanometre ve mavinin dalga boyu yaklaşık 450 nanometre) çok hassas olmalıydı. Tam olarak 121.6 nanometrelik bir dalga boyuna ihtiyacı vardı. Bu renkte bir lazer daha önce hiç yapılmamıştı. Lazerin ayrıca çok sayıda bileşen içeren çok karmaşık bir deney düzeneğinde çok sınırlı bir alana sığması gerekir.

Sonra bir gün Fujiwara, Vancouver’daki TRIUMF kafeteryasında UBC kimya profesörü olan meslektaşı Takamasa Momose ile karşılaştı. Sorundan bahsetti ve Momose lazeri yapabileceğini söyledi.

İkisi birlikte çalıştı ve yaklaşık 10 yıl sonra başardılar.

Ultra yavaş antimadde atomlarıyla neler yapabilirsiniz?

Antihidrojen atomları, yaklaşık 0,5 Kelvin veya K (-272,65 C) gibi çok soğuk sıcaklıklarda oluşturulur ve tutulur. Ancak bu sıcaklıkta bile, saatte yaklaşık 300 kilometre hızla hareket ediyorlar. Lazer soğutma ile araştırmacı, onları 0,01 K (-273,14) ve saatte 36 kilometre hıza düşürmeyi başardı.

Fujiwara, “Neredeyse koşarak yetişebilirsin,” dedi Fujiwara (diğer bir deyişle, Usain Bolt iseniz, Rekor kıran 100 metrelik sprintinde saatte ortalama 37,58 kilometre).

Makoto Fujiwara, İsviçre’deki Avrupa Nükleer Araştırma Örgütü’nde (CERN) ALPHA deney cihazının önünde duruyor. Uluslararası işbirliği, cihazı hidrojenin antimadde atomlarını yavaşlatmak ve soğutmak için özel lazerle donattı. (Maximilien Brice)

Ekip, soğutulmuş antihidrojen atomlarının “parmak izini” temsil eden renkleri ölçebildi. Ve bu düşük hızlarda, ölçüm, daha yüksek hızlarda ve daha yüksek sıcaklıklarda aldıkları bulanık ölçümlerden dört kat daha keskindi.

Momose, atomlar daha yavaş hareket ettiğinde, aynı zamanda onların birbirine daha yakın kümelenmelerine ve hatta belki de daha büyük antimadde parçacıkları oluşturmak için bağlanmalarına izin verdiğini söyledi, ki bunun bir sonraki hedefi olduğunu söyledi.

“Şimdiye kadar sadece antihidrojen atomlarımız var” dedi. “Ama antimadde ile bir molekül yapmanın harika olduğunu düşünüyorum.”

Fujiwara ayrıca, madde üzerindeki yerçekimi kuvveti ile aynı olup olmadığını görmek için antimadde atomları üzerindeki yerçekimi kuvvetini ölçmek istiyor. Yerçekimi kuvveti, bir atom kadar küçük bir kütleye sahip bir şeyde çok zayıftır ve sinyali tipik olarak diğer atomik hareketlerden gelen sinyallerle boğulur. Ancak atomlar mutlak sıfırda hareket etmeyi bıraktıkları için, bu diğer hareketler aşırı soğuma ile büyük ölçüde azaltılabilir.

Neden ‘ileriye doğru güzel bir adım’

Randolph Pohl, Almanya’daki Mainz Üniversitesi’nde deneysel atom fiziği profesörüdür ve çalışmaya dahil olmamıştır, ancak geçmişte antimadde ile çalışmıştır. ALPHA’nın çalışmalarını takip ediyor ve son sonuçlarının antihidrojenin “parmak izi” nin hassas ölçümlerine doğru “ileriye doğru güzel bir adım” olduğunu söyledi.

Ancak, yeni tekniğin antimadde atomları üzerindeki yerçekimi ivmesinin ölçümleri üzerinde daha da büyük bir etkisi olacağını düşünüyor: “Büyük soru şu: antimadde dünyaya düşecek mi – maddeye çekilecek mi? yukarı?”

Şimdiye kadar hiç kimsenin davranışında madde ile antimadde arasında bir fark beklemediğini, ancak bu teorinin hala test edilmesi gerektiğini ekledi.

“Çünkü geçmişte insanların kimsenin bir tutarsızlık görmeyi beklemediği bir şeyi ölçtüğü ve ardından aniden bir tutarsızlığın ortaya çıktığı bazı durumlar oldu” dedi. “Ve bu dünyaya bakışımızı değiştirdi.”

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir