Physiciens trouver des moyens d'accroître la production d'antihydrogène

Antihydrogène est constitué d'un antiproton et un positron. Crédit: domaine public

Maintenant, dans un nouveau document publié dans Physical Review Letters. Alisher S. Kadyrov, et al. à l'Université Curtin à Perth, en Australie, et de l'Université de Swansea au Royaume-Uni, ont théoriquement trouvé une méthode pour améliorer le taux de production d'antihydrogène par plusieurs ordres de grandeur. Ils espèrent que leur découverte guidera les programmes d'antihydrogène vers la réalisation de la production de grandes quantités d'antihydrogène pendant de longues durées de confinement, et à des températures fraîches, au besoin par des expériences d'enquête futures.

« Les lois de la physique prévoient des quantités égales de matière et d'antimatière créée après le Big Bang, » Kadyrov, professeur associé à l'Université Curtin, a déclaré Phys.org. « L'un des mystères de la science est d'où vient tout l'antimatière aller? Pour démêler ce mystère, les scientifiques du CERN [Organisation européenne pour la recherche nucléaire] envisagent de faire des expériences gravitationnelles et spectroscopiques avec l'antimatière. L'exemple le plus simple est antihydrogène. Cependant, il est difficile et coûteux pour créer et étudier l'antihydrogène dans le laboratoire « .

Antihydrogène est une forme intéressante de l'antimatière pour chercheurs d'étudier en partie parce qu'elle est électriquement neutre: il se compose d'un antiproton (un proton chargé négativement) et un positron ou antielectron (a électrons chargé positivement). Parce qu'il est fait de seulement deux antiparticules, antihydrogène est aussi un peu plus facile à produire que antiatomes plus grandes.

Il y a plusieurs façons de produire de l'antihydrogène dans le laboratoire, qui impliquent toutes les particules entrant en collision ou la diffusion de l'autre. Dans la nouvelle étude, les physiciens concentrés sur la réaction dans laquelle un antiproton est dispersée hors positronium. qui est un état lié constitué d'un positon et d'un électron ordinaire. Dans un sens, positronium peut être considéré comme un atome d'hydrogène, dans lequel le proton est remplacé par un positron. Jusqu'à présent, la réaction de diffusion antiproton-positronium a été étudiée principalement lorsque le positronium est dans son état fondamental.

Dans la nouvelle étude, les scientifiques ont montré théoriquement que les collisions antiproton avec positronium dans un état excité au lieu de l'état du sol peut améliorer la production d'antihydrogène de manière significative, en particulier au niveau des énergies plus basses.

« Nos calculs montrent que d'une manière très efficace de produire de l'antihydrogène est de réunir des antiprotons lents avec positronium, qui a été préparé dans un état excité, ce qui est maintenant de routine en utilisant des lasers », a déclaré Kadyrov. « Il se trouve la formation antihydrogène augmente de plusieurs ordres de grandeur pour positronium dans les états excités par rapport à l'état du sol en raison du comportement à faible énergie inattendue révélé dans nos calculs. »

Pour la première fois, ces résultats théoriques permettent une estimation réaliste des taux de formation d'antihydrogène par diffusion antiproton-positronium à basse énergie. Parce que les énergies plus basses sont plus importantes dans les expériences que des énergies plus élevées, les scientifiques espèrent que cette méthode offre un moyen pratique de créer antihydrogène froid, ce qui pourrait ensuite être utilisé pour tester les propriétés fondamentales de l'antimatière.

« Les scientifiques de l'ALPHA, ATRAP, AEGIS et GBAR collaborations au CERN travaillent à la production et le piégeage antihydrogène en quantités suffisantes pour des expériences sur les propriétés spectroscopiques et gravitationnelles de antihydrogène », a déclaré Kadyrov. « Nous croyons que le mécanisme efficace pour la formation d'antihydrogène que notre recherche a dévoilé pourrait être utilisé pour faciliter ces enquêtes. »

Les scientifiques envisagent d'enquêter sur ce mécanisme de production d'antihydrogène plus à l'avenir, dans le but d'obtenir des résultats encore meilleurs.

« À l'heure actuelle, positronium peut être excité aux Etats-haute énergie, connu sous le nom de Rydberg », a déclaré Kadyrov. « Ensuite, nous voulons enquêter sur les collisions antiproton avec positronium dans un tel état. Compte tenu de l'ampleur de l'amélioration que nous avons pour les états inférieurs excités, on peut espérer que l'amélioration correspondante serait énorme. Cela pourrait alors ouvrir une voie très prometteuse produisant des faisceaux d'antihydrogène à faible énergie pour les expériences spectroscopiques, par exemple, pour les mesures de séparation hyperfine dans antihydrogène « .

Plus d'informations: A. S. Kadyrov, et al. "Formation de antihydrogène via antiprotons avec Scattering Excité Positronium." Physical Review Letters. DOI: 10.1103 / PhysRevLett.114.183201

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