Akadēmiskais centrs
Eiropas kodolpētījumu organizācijas CERN* veiktā eksperimentā ar nosaukumu “AEgIS**” panākti ievērojami zinātniski sasniegumi antivielas fizikas pētniecības jomā – pirmo reizi ar lāzera palīdzību izdevies atdzesēt pozitroniju. Šis sasniegums bruģē ceļu tālākiem pētījumiem, kas ļautu zinātniekiem vēl nebijušos veidos pētīt Visumu veidojošos pamatelementus. Eksperimentā iesaistījušies fiziķi no vairākām Eiropas valstīm un Indijas, tostarp Latvijas Universitātes (LU) Lāzeru centra pētnieki.
Pozitronijs (Ps) ir atoma sistēma ar neparastu sastāvu, ko veido elektrons un pozitrons, kas ir elektrona antivielas ekvivalents. Vielas un antivielas sastāvs vienādās daļās atšķir pozitroniju no tādām atomu sistēmām kā antiūdeņradis, kur antiviela veido niecīgu daļu no kopējās masas, ņemot vērā, ka lielākā tās daļa veidojas enerģētiskās mijiedarbības rezultātā kodola iekšienē. Pozitronijs, gaistoša elektronu un to antivielas dvīņu – pozitrona – kombinācija, ir sevišķi ciets rieksts to pētniecībai savas īslaicīgās pastāvēšanas dēļ. Proti, šīs daļiņas iznīcina viena otru dažu simtu nanosekunžu laikā. Ņemot vērā milzīgo ātrumu, eksperimentu veikšana antivielas fizikas jomā ilgi ir bijis izaicinājums.
“Pēc vairāk nekā trīsdesmit gadus ilgiem centieniem pozitronija pētniecības kopienā CERN AEgIS eksperimentā, kura partneri ir arī LU Lāzeru centrs, ir īstenots pirmais eksperimentālais demonstrējums. Tā rezultātā veiksmīgi ticis atdzesēts pozitronijs, izmantojot platjoslas lāzeru, kas ir inovatīva metode. Metode pamatā ir pielāgotas lāzera gaismas impulsa pārnese uz pozitronija atomiem. Šis revolucionārais eksperiments veikts no magnētiskā un elektriskā lauka brīvā vidē. Galvenais lāzers ir platjoslas, ilgstoši pulsējošs 243 nm aleksandrīta lāzers, kas spēj piesātināt pozitronija 1S-2P tripleta pāreju. Rezultātā pozitronija mākoņa temperatūra ievērojami samazinājās no 380 K līdz 170 K, kas iezīmēja būtisku progresu pētnieku izpratnē par antivielu un tās manipulēšanas iespējām,” stāsta LU profesors Mārcis Auziņš.
Šī sasnieguma nozīme sniedzas tālāk par eksperimentālo sfēru. Ātruma samazināšana, kas fizikā ir sinonīms temperatūras samazināšanai, ne tikai atvieglo precīzākus mērījumus, bet arī stabilizē manipulācijas ar atomiem. Šī dzesēšanas metode ne tikai uzlabo AEgIS centienus antiūdeņraža veidošanā, bet arī paver iespējas precīziem eksperimentiem kvantu elektrodinamikā (QED) un ekvivalences principā (EP) pozitronija grupām visā pasaulē. Tas dod iespēju veidot staru kūļus, veikt inerciālus testus un pētījumus par Bozes-Einšteina kondensāciju ar pozitroniju.
Lāzerdzesēšanas metožu panākumi ar pozitroniju nozīmē lēcienu uz priekšu, nodrošinot zinātniekus ar instrumentiem, kas ļauj apgūt vēl neapgūtas teritorijas. Šis atklājums paver tādas iespējas kā stimulētā anihilācija un koherentu gamma staru uzliesmojumu radīšana. Nupat veiktais eksperiments paver ceļu jaunām zināšanām un atklājumiem par antivielu, kas ir viena no lielākajām Visuma mīklām.
AEgIS sadarbībā iesaistījušies fiziķi no vairākām Eiropas valstīm: Šveices, Itālijas, Polijas, Apvienotās Karalistes, Norvēģijas, Vācijas, Austrijas, Čehijas, Latvijas, kā arī zinātnieki no Indijas. Latviju pārstāv LU Lāzeru centra pētnieki – LU profesors Mārcis Auziņš un fizikas doktorants Valts Krūmiņš.
Zinātnisko rakstu par iespaidīgo eksperimentu, kas publicēts prestižajā “Physical Review Letters” žurnālā, iespējams izlasīt https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.132.083402, bet populārzinātnisks raksts atrodams “Physics” žurnālā: https://physics.aps.org/articles/v17/s23
Lāzeru centrs ir LU Fizikas, matemātikas un optometrijas fakultātes pētniecības struktūrvienība, kas uztur aktīvas pētniecības programmas atomfizikā, molekulārajā spektroskopijā, slāpekļa vakances (NV) centru fizikā un pielietojumos, kā arī novērojumu astronomijā.
LU FMOF Lāzeru centrā darbojas četras laboratorijas: Atomu un molekulu fizikas laboratorija, Molekulu optiskās polarizācijas laboratorija, Krāsu centru laboratorija, Astrospektroskpijas laboratorija.
*The European Organization for Nuclear Research
**Antihydrogen Experiment: Gravity, Interferometry, Spectroscopy
