Laser oparty o antymaterię

Udało się zbudować układ, który na kilkaset nanosekund może zatrzymać reakcję między elektronem a pozytonem.

Za to odkrycie Paul Dirac przeszedł do historii. Rzec by można, że wyprzedził swoją epokę o kilka dekad. Równanie napisane przez niego przerabiane jest teraz przez każdego studenta i doktoranta fizyki. Czego takiego dokonał pan Dirac?

Odpowiedź jest nietrywialna, jak wiekszość zagadnień współczesnej fizyki – obliczył on przy pomocy równań mechaniki kwantowej i jej formalizmu matematycznego, że oprócz zwykłej, znanej nam materii, istnieje także antymateria. Kilka lat po opublikowaniu teorii (co do której sam nie był do końca przekonany) istnienie antymaterii potwierdzono doświadczalnie.

Zagadnienie znane do tej pory z filmów science-fiction stało się przedmiotem poważnych badań naukowych. Teoria Diraca była rozwijana i w tym momencie zakłada ona, że każda cząstka posiadająca ładunek elektryczny (np. proton czy elektron) ma swój „antymaterialny” odpowiednik (pary proton - antyproton, elektron – pozyton). Cząstki antymaterii posiadają przeciwny ładunek do swoich „materialnych” odpowiedników oraz różnią się niekiedy własnościami kwantowomechanicznymi. Z antymaterią i jej badaniem jest  jeden poważny problem – niesamowicie szybko anihiluje ona z materią (mówiąc prościej: swobodny pozyton w ciągu niesamowicie krótkiego czasu znajdzie „normalny” elektron, zderzy się z nim i zniknie, emitując najczęściej dwa kwanty gamma).

Prace dotyczące badania antymaterii, choć prowadzone trochę na uboczu głównych nurtów naukowych, dają jednak efekty. Tygodnik „Nature” doniósł ostatnio o badaniach wykonanych przez naukowców z University of California w Riverside (USA). Zespół pod przewodnctwem profesora Allena Millsa ogłosił, że udało się zbudować układ, który na kilkaset nanosekund (w porównaniu do czasu życia antymaterii jest to czas niesamowicie długi) może zatrzymać reakcję między elektronem a pozytonem. Eksperyment polegał na strzelaniu wiązką pozytonów w cienką i silnie porowatą folię krzemionkową. W wyniku otrzymano dipozytronia (cząsteczki zbudowane z dwóch „materialnych” elektronów i dwóch „niematerialnych” pozytonów wirujących wokół siebie) o czasie życia kilkuset nanosekund. Przy pomocy elektroniki udało się nie tylko dokonać samej detekcji cząstek ale nawet zbadać ich własności. Trzeba też zaznaczyć, że grupa prof. Millsa jako pierwsza  uzyskała w „realnym” świecie cząstki dipozytronium.

Jak na razie jedynym możliwym zastosowaniem jest stworzenie lasera anihilacyjnego, emitującego spójne promieniowania gamma. Niewykluczone jest także zastosowanie tego odkrycia w wojskowości. Zanim jednak dipozytronia będą wykorzystane w jakichkolwiek aplikacjach, naukowcy chcą dogłębniej zbadać własności tych przedziwnych cząstek. 
 
 

Marcin Perzanowski