欧州原子力センターは、初めてレーザーを使用して反物質を冷却したり、宇宙が物質だけでできている理由を説明したりしました

欧州原子核研究機構（CERN）のウェブサイトは3月31日、同機関のALPHA協力グループがジャーナルNatureの最新号に、研究者が初めてレーザー冷却技術で反水素原子を冷却することに成功したと報告しました。水素の内部構造と重力下でのその挙動が基礎を築きます。

ALPHA協力グループのスポークスマンであるジェフリー・ハンスター氏は、これらの測定値を水素原子と比較すると、物質原子と反物質原子の違いを明らかにできると述べました。この違いが存在する場合、宇宙が物質のみで構成されている理由、いわゆる物質-反物質の非対称性を説明するのに役立ちます。さらに、レーザーを使用して反水素原子を冷却する機能は、分光法や重力測定の分野でのゲームのルールを変え、反物質分子の生成など、反物質研究に新しい視点をもたらします。

ALPHAチームは、CERNの反陽子還元剤から反陽子を抽出し、ナトリウム22の陽電子と組み合わせて反水素原子を生成し、物質との接触によって消滅しないように磁気トラップに配置しました。

ハンスト氏は、反水素原子の分光学的研究を実施することで、電磁放射（レーザーまたはマイクロ波）に対する応答を測定することで、反水素原子を最低エネルギー状態（1S）から高エネルギー状態まで前例のない精度で測定できると説明しました。（2P）しかし、この分光測定とそれに続く地球の重力場における反水素原子の挙動の測定の精度は、その運動エネルギー（温度）によって制限され、ここでレーザー冷却が作用します。

この技術では、反原子はレーザー光子を吸収し、より高いエネルギー状態に到達し、次に光子を放出し、自然に元の状態に減衰します。相互作用は反原子の速度に依存し、光子は運動量を伝達するため、この吸収-放出サイクルは反原子を非常に低い温度に冷却します。

この研究では、ALPHAチームは、2つの状態間の遷移周波数よりもわずかに低い周波数のパルスレーザーを使用して、反水素原子を1S状態から2P状態に繰り返し駆動して冷却しました。捕獲された反原子を数時間照射した後、研究者らは、原子の運動エネルギーの中央値が10倍以上減少し、多くの反水素原子のエネルギーが1マイクロボルト未満に達することを観察しました（温度は約0.012°でした）。 Cは絶対零度よりも高い）。

ハンスト氏は、「反水素原子のレーザー冷却を実証した。これは、長年の反物質研究開発におけるCERNの反陽子還元剤の大きな成果であり、これまでに行った中で最も困難な実験でもある」と語った。