Çeviren: Ümit Sözbilir
Düzenleyen: Ezgi Ordu
Özet: Yeni yapılan araştırma, karşıt hidrojenin iç yapısının ve kütle çekiminin etkisi altında nasıl davrandığının anlaşılması hususunda daha hassas ölçümlere kapı açıyor.
CERN’deki ALPHA iş birliği, lazer ışığı kullanarak atomik karşıt maddenin en basit formu olan karşıt hidrojen atomlarını soğutmayı başardı. Lazerle soğutma olarak bilinen teknik, ilk olarak 40 yıl önce normal maddeyle yapıldı ve günümüzde birçok araştırma alanının temelini oluşturuyor. ALPHA tarafından Nature‘da yayımlanan bir makalede açıklanan söz konusu tekniğin ilk kez karşıt hidrojene uygulaması, karşıt hidrojenin iç yapısının ve kütle çekimi etkisi altında nasıl davrandığının anlaşılması hususunda daha hassas ölçümlere kapı açıyor. Bu tür ölçümleri hâlihazırda çok iyi bilinen ve yıllarca çalışılan hidrojen atomununkilerle karşılaştırmak, madde ve karşıt madde atomları arasındaki farklılıkları ortaya çıkarabilir. Eğer bu tür farklılıklar mevcutsa evrenin neden sadece maddeden oluştuğuna, madde ve karşıt madde asimetrisi olarak bilinen bir dengesizliğe ışık tutabilir.
“Karşıt hidrojen atomlarını lazerle soğutma sayesinde tayfsal ve kütle çekimi ölçümleri için büyük bir avantaja sahip oluyoruz. Bu sayede karşıt madde moleküllerinin oluşturulması ve karşıt atom girişimölçerinin geliştirilmesi gibi karşıt madde araştırmalarında yeni bakış açılarına yol açılabilir. Ayın üstündeyiz. Yaklaşık on yıl önce, karşıt maddenin lazerle soğutulması bilim kurgu dünyasındaydı.” diyor ALPHA sözcüsü Jeffrey Hangst.
ALPHA ekibi, CERN’in Karşıt Proton Yavaşlatıcısı’ndan karşıt proton alarak ve bunları bir sodyum-22 kaynağından elde edilen pozitronlarla bağlayarak karşıt hidrojen atomları üretiyor. Daha sonra ortaya çıkan karşıt hidrojen atomlarını manyetik bir tuzağa hapsediyor; bu da onların maddeyle temas etmesini ve yok olmasını önlüyor. Ekip daha sonra genel tayfsal çalışmalar gerçekleştiriyor, yani karşıt atomların elektromanyetik radyasyona (lazer ışığı veya mikrodalgalar) olan tepkisini ölçüyor. Araştırma ekibi bu çalışmalarla karşıt hidrojendeki 1S – 2S elektronik geçişini benzeri görülmemiş bir hassasiyetle ölçebildi. Bununla birlikte bu tür tayfsal ölçümlerin ve Dünya’nın kütle çekimi alanındaki karşıt hidrojenin davranışının planlanan gelecekteki ölçümlerinin kesinliği, karşıt atomların kinetik enerjisi veya eş değer olarak sıcaklığı ile sınırlıdır.
Lazer soğutmanın devreye girdiği yer işte burasıdır. Bu teknikte lazer fotonları atomlar tarafından soğurularak daha yüksek enerji durumuna ulaşmalarına neden olur. Karşıt atomlar daha sonra fotonları yayar ve kendiliğinden ilk durumlarına geri dönerler. Etkileşim atomların hızına bağlı olduğundan ve fotonlar momentum kazandırdığından bu soğurma-yayma döngüsünün birçok kez tekrarlanması atomların düşük bir sıcaklığa soğumasına yol açar.
ALPHA araştırmacıları yaptıkları yeni çalışmalarında, manyetik olarak hapsolmuş karşıt hidrojen atomlarının bir örneğini lazerle soğutmayı başardılar. Bunun için iki durum arasındaki geçişin biraz altında bir frekansta atımlı lazer ışığı kullanarak atomların en düşük enerji durumundan (1S durumu) daha yüksek enerjili bir duruma (2P) geçişi için karşıt atomları tekrar tekrar kullandılar. Yakalanan atomları birkaç saat aydınlattıktan sonra, araştırmacılar atomların medyan kinetik enerjisinde on kattan fazla bir düşüş gözlemlediler ve karşıt atomların birçoğu bir meV altında enerjilere ulaştılar (sıcaklık eşdeğeri olarak mutlak sıfırın yaklaşık 0,012 derece üzerinde).
Karşıt atomları başarıyla lazerle soğutan araştırmacılar, lazer soğutmanın 1S – 2S geçişinin tayfsal ölçümünü nasıl etkilediğini araştırdılar ve soğutmanın geçiş için daha dar bir tayfsal çizgi ile sonuçlandığını buldular. Bu aralık lazerle soğutma olmadan gözlenenden yaklaşık dört kat daha dardır.
“Karşıt hidrojen atomlarının lazerle soğutulmasına ve 1S – 2S tayfına uygulanmasına ilişkin çalışmamız, CERN’in Karşıt Proton Yavaşlatıcısı’ndaki uzun yıllar süren karşıt madde araştırmaları ve gelişmelerinin doruk noktasını temsil ediyor. Bu şimdiye kadar yaptığımız en zor deney.” diyor Hangst.
ALPHA’da hapsolmuş karşıt hidrojeni soğutmak için atımlı lazer kullanma fikrinin ilk savunucusu olan Makoto Fujiwara ise “Tarihsel olarak baktığımızda, araştırmacılar normal hidrojeni lazerle soğutmak için çabaladılar. Bu yüzden karşıt maddeyi soğutabilmemiz bizim için biraz çılgın bir rüya oldu. Artık karşıt madde ile daha da çılgın şeyler hayal edebiliyoruz.” diyor.
