Laser gamma z antymaterii
Nowy sposób na przedłużenie istnienia antymaterii może pozwolić na zbudowanie bardzo mocnych laserów, wytwarzających promieniowanie gamma - informuje New Scientist".
Atomy pozytonium (Ps) trudno właściwie nazwać atomami - tworzy je para - elektron i będąca jego przeciwieństwem pod względem ładunku, dodatnio naładowana cząstka - pozyton. Pozytonium istnieje tylko przez milionową część sekundy - elektron i pozyton ulegają anihilacji, czyli unicestwieniu, połączonemu z wyemitowaniem promieniowania gamma. Zjawisko to od lat wykorzystują tomografy PET (pozytonowa tomografia emisyjna), dzięki którym można diagnozować między innymi choroby nowotworowe.
Pozytonium można by teoretycznie wykorzystać do budowy laserów gamma, wytwarzających wysokoenergetyczną wiązkę ekstremalnie krótkich fal elektromagnetycznych, mogących prześwietlać maleńkie struktury, na przykład jądro atomowe.
Problem w tym, że aby laser działał, trzeba by uzyskać gęstą chmurę pozytonium w stanie kwantowym znanym jako kondensat Bosego - Einsteina. Tyle, że nie było wiadomo, jak uniknąć anihilacji.
Zespołowi Christopha Keitela z Instytutu Maxa Plancka w Heidelbergu udało się spowolnić proces anihilacji - wystarczy, aby laser dostarczał promieniowanie o energii wystarczającej do wprowadzenie pozytonium w stan o większej energii, w którym elektron i pozyton okrążają się w większej odległości.
Po pewnym czasie atom pozytonium traci uzyskaną energię emitując fotony i wraca do stanu podatnego na anihilację. Jak jednak obliczyli naukowcy, około połowy pobudzonych atomów pozytonium może przetrwać przeciętnie 28 milionowych części sekundy, czyli istnieją średnio 200 razy dłużej niż niepobudzone. Czas ten może wystarczyć do uzyskania kondensatu Bosego - Einsteina. W kondensacie zachowania wszystkich atomów są ze sobą sprzężone, toteż gdy jeden się rozpadnie, rozpadają się wszystkie, wytwarzając laserowy błysk promieniowania gamma.
Choć może się to wydawać skomplikowane, sprawa jest i tak łatwiejsza niż w przypadku kondensatu ze zwykłych atomów, który powstaje dopiero w temperaturze bliskiej zera bezwzględnego. Tymczasem dzięki kwantowym efektom, pozytonium potrzebuje temperatury nieco niższej niż pokojowa.
Atomy pozytonium (Ps) trudno właściwie nazwać atomami - tworzą je para-elektron i będąca jego przeciwieństwem pod względem ładunku, dodatnio naładowana cząstka: pozyton.
Pozytonium istnieje tylko przez milionową część sekundy - elektron i pozyton ulegają anihilacji, czyli unicestwieniu, połączonemu z wyemitowaniem promieniowania gamma. Zjawisko to od lat wykorzystują tomografy PET (pozytonowa tomografia emisyjna), dzięki którym można diagnozować między innymi choroby nowotworowe.
Pozytonium można teoretycznie wykorzystać do budowy laserów gamma, wytwarzających wysokoenergetyczną wiązkę ekstremalnie krótkich fal elektromagnetycznych, mogących prześwietlać maleńkie struktury, na przykład jądro atomowe.
Problem w tym, że aby laser działał, trzeba uzyskać gęstą chmurę pozytonium w stanie kwantowym znanym jako kondensat Bosego-Einsteina. Tyle, że nie było wiadomo, jak uniknąć anihilacji.
Spowolnili anihilację
Zespołowi Christopha Keitela z Instytutu Maxa Plancka w Heidelbergu udało się spowolnić proces anihilacji - wystarczy, aby laser dostarczał promieniowanie o energii wystarczającej do wprowadzenie pozytonium w stan o większej energii, w którym elektron i pozyton okrążają się w większej odległości.
Po pewnym czasie atom pozytonium traci uzyskaną energię, emitując fotony, i wraca do stanu podatnego na anihilację. Jak jednak obliczyli naukowcy, około połowy pobudzonych atomów pozytonium może przetrwać przeciętnie 28 milionowych części sekundy, czyli istnieją średnio 200 razy dłużej niż niepobudzone. Czas ten może wystarczyć do uzyskania kondensatu Bosego-Einsteina. W kondensacie zachowania wszystkich atomów są ze sobą sprzężone, toteż gdy jeden się rozpadnie, rozpadają się wszystkie, wytwarzając laserowy błysk promieniowania gamma.
Choć może się to wydawać skomplikowane, sprawa jest i tak łatwiejsza niż w przypadku kondensatu ze zwykłych atomów, który powstaje dopiero w temperaturze bliskiej zera bezwzględnego. Tymczasem dzięki kwantowym efektom, pozytonium potrzebuje temperatury nieco niższej niż pokojowa.
(ew/pap)
