Tilbake til søkeresultatene

FRINATEK-Fri prosj.st. mat.,naturv.,tek

Positronium laser cooling

Alternativ tittel: Positronium laserkøling

Tildelt: kr 8,1 mill.

Prosjektnummer:

303337

Prosjektperiode:

2020 - 2024

Geografi:

Samarbeidsland:

I 2019 science fiction-filmen Ad Astra blir Roy McBride sendt på oppdrag til romstasjonen for Lima-prosjektet, hvor kraftkilden basert på antimaterie er ute av kontroll. En grunn til at det er umulig å bygge en så fantastisk kraftkilde i dag, er at vi ikke vet hvordan vi kan produsere store mengder antimaterie på en effektiv måte. Det er også sant at vi ser mindre antimaterie enn materie i universet. Denne observasjonen er ganske spennende og har noen dype implikasjoner. Men la oss først ta noen skritt tilbake: hva er antimaterie? Hva vet vi om det? Tanken bak antimaterie er at hver ladede partikkel av materie, som elektroner eller protoner, er assossiert med en antimateriepartikkel som har nøyaktig samme egenskaper, men en motsatt elektrisk ladning. Faktisk blir partikler og antipartikler skapt i par under partikkelkollisjoner med høy nok energi. For eksempel kan et elektron og et positron (elektronets antimaterie-motstykke) genereres fra vakuum. Vi observerer også at partikler av materie og antimaterie utsletter hverandre når de kommer i kontakt. At vi observerer en stor ubalanse mellom materie og antimaterie i universet er derfor veldig rart. Hvis det var like mye materie som antimaterie, ville ikke universet eksistere. Det må tydeligvis være en mekanisme som forårsaker ubalansen mellom materie og antimaterie. En lovende fremgangsmåte for å løse dette mysteriet er å undersøke egenskapene til nøytrale antimaterie-systemer som antihydrogen (antimateriens motstykke til et hydrogenatom) og positronium (den kortlevde, bundne tilstanden av et elektron og et positron) og sammenligne dem med de tilsvarende materie-systemene. For å oppnå høy presisjon i målingen av egenskapene til disse systemene, må man sørge for at de har en så lav temperatur som mulig. Dette prosjektet foreslår å laserkjøle positronium atomer ved å bruke Doppler-kjølingsteknikken, der raske atomer som beveger seg mot laserkilden selektivt kan bremses ved å absorbere og sende ut fotoner flere ganger. I 2020 rapporterte vi om en bakgrunnsfri teknikk for å måle hastighetsfordelingen til et ensemble av positronium-atomer. I tillegg demonstrerte vi en ny type nanokanalsilisium for å produsere positronium ved romtemperatur i betydlige mendger. I 2021 publiserte vi den første realistiske simuleringen av laserkjøling av positronium i et magnetfelt. Samtidig har lasersystemet som ble utviklet for dette formålet blitt tatt i bruk.

-

Despite being the most tested and successful theory so far, the Standard Model cannot explain the baryonic asymmetry (the excess of matter over antimatter in the Universe). Positronium (Ps, the bound state of an electron and its antimatter counterpart, a positron) is a critical system in antimater research as it can be used itself for precise investigations but it is also used in antihydrogen experiments. The precision of gravity and spectroscopic measurements is strongly limited by the temperature of the antimatter system under investigation. Laser cooling of positronium (Ps) has never been performed so far and is a decisive achievement to boost research on antimatter. We propose to develop and implement the laser systems and detectors necessary to efficiently cool a cloud of ortho-Ps produced by implantation of positrons into a nanochannel convertor (in AEgIS, at CERN) and measure its Doppler profile. To reach lower temperatures, we will develop (partially in Oslo) and implement a cooling membrane featuring musket-like through-holes resulting in adiabatic cooling inside the holes prior to laser cooling. We will perform precise spectroscopy of the 1S-Rydberg transition in Ps to prepare for a Rydberg deceleration of Ps. Critical R&D challenges are found in the development of the cooling laser system. In particular, the energy (2mJ), the spectral bandwidth (250Ghz) and the pulse duration (200 ns) are critical and might be difficult to reach. For Doppler velocimetry of Ps at 205 nm, the existing laser will be modified to increase the bandwidth with the exciting and ambitious perspective to approach a single shot diagnostics. The development of cooling membranes for production of cold Ps stands at the limit of current state of the art. A cold source of Ps will allow to boost the production of antihydrogen, test the Weak Equivalence Principle on Ps, perform precise test of QED, open the road to Ps Bose-Einstein Condensation, a Ps microscope and a lepton nano-collider.

Publikasjoner hentet fra Cristin

Ingen publikasjoner funnet

Budsjettformål:

FRINATEK-Fri prosj.st. mat.,naturv.,tek