Το πρώτο μόριο ύλης-αντιύλης

Το πρώτο μόριο ύλης – αντιύλης που δημιουργήθηκε ποτέ, ισχυρίζονται πως έχουν κατασκευάσει φυσικοί από τις Ηνωμένες Πολιτείες Αμερικής. Το επονομαζόμενο “dipositronium”, αποτελείται από δύο ηλεκτρόνια και δύο ποζιτρόνια τα οποία συνδέονται μεταξύ τους με τον ίδιο περίπου τρόπο με το μοριακό υδρογόνο. Οι ερευνητές υποστηρίζουν ότι η τεχνική τους θα μπορούσε να βελτιωθεί, με σκοπό τη δημιουργία του πρώτου ύλης – αντιύλης συμπυκνώματος Bose Einstein και τελικά την κατασκευή του λέιζερ ακτινών γάμμα, το οποίο θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για τη μελέτη αντικειμένων τόσο μικρά όσο ο ατομικός πυρήνας. Το καθιερωμένο μοντέλο της σωματιδιακής φυσικής δηλώνει πως κάθε σωματίδιο έχει ένα ισοδύναμο σωματίδιο αντιύλης – το ηλεκτρόνια για παράδειγμα συνδυάζεται με το θετικά φορτισμένο ποζιτρόνιο. Παρόλο που τα ηλεκτρόνια και τα ποζιτρόνια εξουδετερώνουν το ένα το άλλο, μπορούν να συζευχθούν προσωρινά για τη δημιουργία ενός ατόμου ποζιτρονίου (positronium ) το οποίο μοιάζει με το άτομο του υδρογόνου. Θεωρητικά δύο άτομα ποζιτρονίου μπορούν να “δεθούν” για το σχηματισμό ενός dipositronium μορίου. Εν τούτοις, οι φυσικοί έχουν συναντήσει ιδιαίτερη δυσκολία στο να δημιουργήσουν ανιχνεύσιμες ποσότητες dipositronium επειδή είναι πολύ δύσκολο να φέρουν αρκετά άτομα στο ίδιο σημείο ώστε να αντιδράσουν και να δημιουργήσουν μόρια Επί του παρόντος οι . David Cassidy και Allen Mills του πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας, έχουν καταφέρει να συγκεντρώσουν αρκετά ποζιτρονιακά άτομα ώστε να επιβεβαιώσουν την ύπαρξη του dipositronium. Οι δύο ερευνητές χρησιμοποίησαν μια παγίδα ποζιτρονίων, που κατασκευάστηκε από τον Clifford Surko και τους συνεργάτες του, η οποία μπορεί να συλλέγει ποζιτρόνια από την εξασθένηση του Νa-22. Όταν περίπου 20 εκατομμύριο ποζιτρόνια συσσωρεύτηκαν, το περιεχόμενο της παγίδας στράφηκε επάνω σε ένα μικρό σημείο σε ένα κομμάτι πορώδους πυριτίου. Τα ποζιτρόνια κατευθύνθηκαν μέσα στους πόρους όπου και αντέδρασαν με τα ηλεκτρόνια προς σχηματισμό ποζιτρονιακών ατόμων. Μερικά από αυτά τα άτομα κολλούν στην επιφάνεια του πυριτίου όπου και συνδυάζονται σχηματίζοντας dipositronium μόρια. Η επιφάνεια διαδραματίζει έναν κρίσιμο ρόλο, στο να ενθαρρύνει το σχηματισμό του dipositronium μορίου, επειδή σταθεροποιεί τα μόρια απορροφώντας ενέργεια, την οποία εκπέμπει όταν διαμορφώνεται το μόριο. Η παρουσία του dipositronium επιβεβαιώθηκε με την παρατήρηση της εξουδετέρωσης ηλεκτρονίου – ποζιτρονίου στο πυρίτιο. Τα ποζιτρονιακά άτομα υπάρχουν σε δύο διαφορετικές κβαντικές καταστάσεις, ανάλογα με τον σχετικό προσανατολισμό του σπιν των ηλεκτρονίων και των ποζιτρονίων. Η κατάσταση “παρά” διαρκεί μόλις 125 ps πριν την εξασθένιση ενώ η “ορθή” κατάσταση διαρκεί 100 φορές περισσότερο (142 ns) προτού εξασθενίσει. Το Dipositronium διαμορφώνεται όταν ενώνονται δύο ορθά άτομα, αλλά δεν υπάρχει τίποτα για να σταματήσει τα δύο ποζιτρόνια στο μόριο από το να ανταλλάξουν τα ηλεκτρόνιά τους και να δημιουργήσουν “παρά” άτομα. Ως αποτέλεσμα, τα ορθά άτομα στα μόρια δεν διαρκούν όσο τα ελεύθερα ορθά άτομα. Με τον έλεγχο των ακτίνων γάμμα που εκπέμπονται κατά τη διάρκεια της εξαΰλωσης, οι ερευνητές παρατήρησαν μείωση της γενικής διάρκειας ζωής του positronium στο πυρίτιο, γεγονός το οποίο ερμήνευσαν ως στοιχείο που καταδεικνύει το σχηματισμό του dipositronium. Σύμφωνα με τον Cassidy, αυτό επιβεβαιώθηκε με τη θέρμανση του πυριτίου, το οποίο αποτρέπει το positronium από να κολλήσει και μειώνει τον αριθμό μορίων dipositronium που μπορούν να δημιουργηθούν. Όταν αυτό έγινε, η διάρκεια ζωής του positronium αυξήθηκε. Ο Cassidy αναφέρει πως αυτός και ο συνεργάτης του Mills δουλεύουν πάνω στο σχηματισμό ενός συμπυκνώματος Bose-Einstein, στο οποίο όλα τα μόρια κάθονται στην ίδια κβαντική κατάσταση. Οι υπολογισμοί προτείνουν ότι συμπύκνωση Bose-Einstein μπορεί να επιτευχθεί αυξάνοντας την πυκνότητα του positronium κατά έναν παράγοντα 1.000 και στη συνέχει ψύχοντάς το στους 15 Κ. Ο Cassidy αναφέρει πως αυτό θα μπορούσε να επιτευχθεί με τη συσσώρευση περισσότερων ποζιτρονίων στην παγίδα και στη συνέχει διαβιβάζοντας μια ακτίνα μεγαλύτερης έντασης στο πυρίτιο. Εάν η πυκνότητα αυξανόταν ακόμη 1.000 φορές, η συμπύκνωση θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία ενός λέιζερ ακτίνων γάμμα. Οι ακτίνες γάμμα έχουν πολύ μικρό μήκος κύματος, γεγονός που σημαίνει πως ένα λέιζερ εξαΰλωσης θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για τη μελέτη ατομικών πυρήνων. πηγή: physicsworld.com