13/03/2012 - Erstmals wird die interne Struktur des Antidrogens untersucht

Menéame

Die ersten spektroskopischen Messungen eines Antimaterieatoms wurden von einem internationalen Physikerteam durchgeführt, das am ALPHA-Experiment des CERN arbeitet. Die Arbeit ist ein wichtiger Schritt in Richtung des Verständnisses, warum das Universum mehr Materie als Antimaterie enthält.

El Antidrogen - ein Atomzustand, der mit einem Positron und einem Antiproton verbunden ist, wurde zum ersten Mal Ende 1995 im CERN erzeugt. In den letzten zwei Jahren haben die Physiker, die am ALPHA-Experiment arbeiten, unser Verständnis von Antimaterie verstärkt, indem sie die ersten sind, die Antiatome so lange erfassen und lagern, bis sie im Detail untersucht werden. Die Forscher fingen insgesamt 38 Antidrogenatome während eines Fünftels einer Sekunde im Jahr 2010 und vervollkommneten dann die Technik, um insgesamt 309 Atihydragenatome für 1000 Sekunden im Jahr 2011 zu fangen. Das gleiche Team ist das erste, das beweist, dass es möglich ist, die innere Struktur eines Antidrogenatoms zu untersuchen, indem es die erste vorläufige Messung des Antidrogenspektrums meldet. Die Analyse des Spektrums der Antimaterie ist wesentlich, um ihre Struktur zu verstehen und genau zu bestimmen, was sich von der gemeinsamen Materie unterscheidet.

Fangen und halten

Ich rede mit physicsworld.com Letztes Jahr hat der Sprecher von ALPHA Jeffrey Hangst den Plan entworfen, das Anti-Drogenspektrum mit Mikrowelle zu erkennen, und jetzt ist es genau das, was das Team in nur neun Monaten getan hat. Hangst sagt, dass es "leichter war, es zu sagen" und dass er sehr stolz auf das gesamte ALPHA-Team ist und was er erreicht hat.

Das ALPHA-Gerät, das eine Penning-Falle benutzt, um das Antidrogen zu erhalten, wurde erheblich verändert, um die Mikrowelleneinspritzung in die Falle zu ermöglichen. In einem Artikel, der heute in NaturDie Forscher beschreiben, wie sie zuerst Mikrowellen mit einer genauen Frequenz auf die eingefangenen Antidrogenatome werfen, was zu einer Umkehrung ihrer magnetischen Ausrichtung führt. Der Spinwechsel ermöglicht es den meisten gefangenen Antiatomen, aus der Falle zu entkommen, weil der Antidrogen-Spion in Richtung einer festen Richtung zum Magnetfeld gerichtet werden muss, um in der Falle zu bleiben.

Antimaterie in der Mikrowelle

"Das Atom ist wie eine Murmel, die sich in einer Schüssel dreht - es kann nicht entkommen," erklärt Hangst, wenn er sich auf die gefangenen Antiatome bezieht. "Die Mikrowellen bewirken, dass der Spion umgekehrt wird, wenn er die richtige 'resonante' Energie hat. Dann ist es so, als ob die Murmel auf einem Hügel hoch und nach unten rollen würde - in diesem Fall an der Wand der Falle, wo sie ausgelöscht wird," sagt er. Wenn das Anti-Drogen-System vernichtet wird, hinterlässt es ein charakteristisches Muster in den Partikeldetektoren um die Falle herum, was einen Nachweis für die resonante Wechselwirkung liefert. "Das ist etwas ganz Neues in der Antimateriearbeit... können wir mit einem einzigen Anti-Drogenatom machen. Mit einem Wasserstoffatom wäre es unmöglich, da es keine Vernichtung geben würde," erklärt Hangst.

Unabhängige Überprüfung und Bestätigung

Hangst erklärt, dass das Team mehrere unabhängige Überprüfungen durchgeführt habe und seine Statistiken wiederholt überprüft habe, indem es sechs Messreihen durchgeführt habe, um sicherzustellen, dass die Methode so genau wie möglich funktioniert. Eine der Kontrollen, die im Experiment verwendet werden, ist, Mikrowellen bei falscher Frequenz - dem "Außer-MRT"-Modus - zu injizieren und sicherzustellen, dass kein Antiatom freigesetzt wird. Hangst weist jedoch darauf hin, dass man die Sphinesen der Antiatome innerhalb der Begrenzung einer magnetischen Falle zu manipulieren schwierig ist, weil der freie Raum eine viel günstigere Umgebung wäre. Leider ist Anti-Drogen ein neutrales Atom, es ist extrem schwierig zu synthetisieren und zu speichern, und kann nur innerhalb der Grenzen der Magnetostatikafalle gehalten werden. Ohne die Schwierigkeiten zu berücksichtigen, wird das ALPHA-Team weiterhin verschiedene Übergänge beobachten, die weniger empfindlich auf die Magnetfelder der Falle reagieren. "Endlich wollen wir die Struktur der Antimaterie so untersuchen, dass wir den magnetischen dipolaren Moment - eine der grundlegendsten Eigenschaften - genau messen können," sagt Hangst.

Hangst weist auch darauf hin, dass die Errungenschaft des vergangenen Jahres, Antidrogene für 1000 Sekunden zu fangen, für den Erfolg des aktuellen Experiments von entscheidender Bedeutung war. "Daraus sollte ich 1000 Sekunden lang fangen. Obwohl wir schließlich nur 240 Sekunden für dieses Experiment brauchen, war es kritisch zu wissen, dass wir 1000 Sekunden hatten, wenn es nötig war," sagt er.

Mit Lasern beobachten

Das Team führte sechs Experimentserien durch und kam zu dem Schluss, dass es Quantenresonanzübergänge in den eingefangenen Antimaterieatomen beobachtet hat und dass dies auf dem Weg ist, uns zu ermöglichen, die Wasserstoff- und Anti-Drogen-Spektren genau zu vergleichen. Dies ist wesentlich, da die Unterschiede zwischen der Struktur von Atomen und Antiathomen erklären könnten, warum sich das Universum entwickelt hat, um viel mehr Materie als Antimaterie zu enthalten.

In den nächsten Monaten werden Hangst und das Team die aktuelle ALPHA-Konfiguration für den Bau von ALPHA 2 zerschlagen - ein Gerät, das Laser enthält, die es dem Team ermöglichen, präzise Laserspektroskopie durchzuführen. Dies wird unter Beobachtung der Energieniveaus des Anti-Drogen-Systems erfolgen - z. B. der Orbitalenergie des Positrons um das Antiproton. Die Forscher planen die Inbetriebnahme und Inbetriebnahme von ALPHA 2 im Mai dieses Jahres und beginnen dann den langen Prozess der Modernisierung des Geräts.

Im Moment sind diese anfänglichen Messungen des Antimateriespektrums "die Idee nach den Antimaterienexperimenten des CERN" gemäß Hangst. "Es ist ein historischer Fund... Jetzt wissen wir, dass wir weiterhin bessere und genauere Werte finden können," sagt er.

Mit Mitgliedern aus sieben Ländern teilte das Team ALPHA den Preis Physics World 2010 Breakthrough of the Year für seine Erfassung des Antidrogens

Autor:Tushna Commissariat

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