Ypač galingas gama spindulių lazeris iš antimedžiagos hibrido

Pusiau medžiaga, pusiau antimedžiaga: pozitronio atomai siūbuoja ant anihiliacijos ribos. Dabar surastas būdas šiems nestabiliems atomams išlikti daug ilgiau, o tai svarbiausias žingsnis, siekiant sukurti galingą gama lazerį.

Visi periodinės lentelės elementai sudaryti iš atomų su branduoliu iš teigiamai įelektrintų protonų ir tiek pat aplink jį skriejančių neigiamai įelektrintų elektronų. Pozitronis, kurio simbolis Ps, yra kitoks. Jį sudaro skriejantys vienas aplink kitą elektronas ir pozitronas (žr. žemiau esantį paveikslėlį). 

Pozitronas yra elektrono antimedžiaginis atitikmuo. Nors jo teigiamas krūvis toks pats, kaip protono, tačiau masė 50 000 kartų mažesnė. Pozitronio „atomai“ išgyvena trumpiau, nei vieną milijonąją sekundės dalį, o tada elektronas ir pozitronas anihiliuoja, sukurdami gama spindulių žybsnį.

Iš principo, pozitronis galėtų būti naudojamas gama spindulių lazeryje. Jis sukurtų labai energingą itin trumpų bangų impulsą, galintį tyrinėti labai smulkias struktūras, pavyzdžiui atomo branduolį – matomos šviesos bangos yra smarkiai per ilgos, kad galėtų būti kaip nors naudingos šiam tikslui.

Tačiau tai sunku atlikti, nes reikia sukurti tankų pozitronio debesį, esantį kvantinėje būsenoje, vadinamoje Bose-Einšteino kondensatu (BEK). Kaip tai atlikti, išvengiant pozitronio anihiliacijos, iki šiol buvo neaišku.

Komanda, vadovaujama Christoph'o Keitel'io iš Makso Planko Branduolio fizikos instituto Heidelberge, Vokietijoje, siūlo būda pristabdyti anihiliaciją paprastu lazeriu. Tam reikia nustatyti lazerius tiksliai energijai, reikalingai pakelti pozitronį į aukštesnį energetinį lygį, kuriame elektronas ir pozitronas sukasi toliau vienas nuo kito. Tada jų anihiliacijos tikimybė labai sumažėja (arxiv.org/abs/1112.1621).

Galiausiai pozitronis visgi praras energiją, išspinduliuos fotoną ir grįš į linkusią anihiliuoti būseną. Bet komanda skaičiuoja, kad maždaug pusė taip sužadintų pozitronio atomų gali išlikti vidutiniškai 28 milijonąsias sekundės dalis, 200 kartų ilgiau, nei nesužadintieji.

Tiek gali pakakti BEK suformavimui. Būdami BEK debesyje, pozitronio atomai elgiasi darniai, tad kai anihiliuoja vienas atomas, taip pat pasielgia ir kiti, sukurdami gama spindulių lazerio žybsnį.

Gali atrodyti, kad tam atlikti reiks labai daug darbo, tačiau vienas dalykas užduotį supaprastina. Paprasti atomai gali suformuoti BEK tik atšaldyti iki temperatūros, vos laipsnio dalimis aukštesnės už 0 °K. Tuo tarpu pozitronis dėl kvantinių efektų gali suformuoti BEK beveik kambario temperatūroje.