레이저 라이트를 바카라 주소하여 1/10 만 분의 1,10 만 분의 극도로 극저온 온도에 가장 간단한 "원자"양전자를 성공적으로 달성합니다

Takataka 요시카 요시카 부교수와 도쿄 대학교 (University of Tokyo)의 Shu Kenji 조교수, 이시다 아키라 (Ishida Akira) 조교수 및 과학 대학원 (Ishida Akira) 및 기타 대학원 (University)의 Laser Light를 공동으로 바카라 주소하고있다 국립 선진 산업 과학 기술 연구소Positronium이것은 세계에서 빠른 냉각 (주 1)이 달성 된 첫 번째입니다

이론 제안 이후 30 년 동안 기다려온 Positronium은 독점적으로 개발 된 레이저 광원을 바카라 주소하여 제안되었습니다레이저 냉각(주 2)는 성공적이었고, 단 1,10 만 분 만에 이전보다 낮은 크기의 가스로 생산 될 수 있음을 입증했습니다 물리학은 우주에 있습니다반 피틀그것은 남은 것이 거의 없다는 사실과 암흑 물질의 기원과 같은 많은 신비를 가지고 있습니다 이를 해결하기 위해 기본 이론이 어디에서 파괴되는지 조사하기위한 연구가 전 세계에서 수행되고 있습니다 이 연구 결과는 전자 및 항구 인자로 구성된 가장 기본적인 원자를 바카라 주소하여 항 입자 질량 및 중력의 효과를 정확하게 검사하고 항 입자 질량 및 중력의 효과를 정확하게 조사 할 수 있습니다 주요 학제 간 연구 분야가 향후에 형성 될 것으로 예상됩니다

〈연구 배경>

현대 물리학은 암흑 물질의 진정한 본질과 우주에 반물질이 거의 남지 않은 이유를 포함하여 많은 심각한 신비를 제시합니다 이러한 미스터리를 해결하기위한 단서를 얻으려면 기존 이론으로 덮여 있지 않은 현상이 전 세계적으로 탐구되고 있습니다 대상은 우주에서 펼쳐지는 현상 일뿐 만 아니라 지구에서도 우주가 태어난 순간을 모방하고 큰 가속기가 서로 충돌하는 실험이 수행되었습니다 이러한 실험 외에도, 진공에서 절대 제로에 가까운 온도에서 유지 된 원자 및 분자를 제조하고, 알 수없는 현상 및 입자의 존재로 인해 발생할 수있는 특성의 약간의 변화를 민감하게 포착하기 위해 빛을 바카라 주소하여 이들을 검사함으로써 실험이 수행되었다 이러한 연구를 정밀 분광법이라고합니다

Positronium은 하나의 전자와 하나의 양전자로 형성된 "바카라 주소"입니다 수소를 포함한 거의 모든 바카라 주소가 많은 기본 입자로 구성된 핵 반면, Positronium은 두 개의 기본 입자로 구성된 바카라 주소이며, 단순성 때문에 일반적인 바카라 주소와 달리 기존 이론을 기반으로 계산 및 실험 데이터를 정확하게 비교할 수 있습니다 따라서 양전자가 절대 0에 가까운 곳으로 냉각 될 수 있다면 정밀 분광법 기술을 통해 기존 물리 이론의 범위를 초과하는 현상을 조사 할 수 있습니다 또한, 포지 트론은 전자 항 입자이기 때문에, 여전히 많은 신비한 방식으로 가려져있는 항 입자의 특성을 밝힐 수 있습니다 다시 말해서, 양전자를 저온으로 유지하는 것은 연구 진행의 중요한 열쇠였습니다

진공 상태에서 양성을 준비하는 한 가지 방법은 인위적으로 생성 된 포지트론으로 고체 물질을 조사하는 것입니다 이 연구에서는 실리카 에어로겔이 바카라 주소되었습니다 양전자를 만드는 물질이 냉각 될 때, 진공으로 방출되는 양전자 가스의 온도도 낮아졌지만, 한계는 약 100 켈빈이었으며 이는 절대 0과는 거리가 멀다는 것이 알려져있다 한편, 원자가 레이저 빛을 흡수 한 다음 빛을 방출하면 가스를 구성하는 원자, 즉 가스를 냉각시키는 원자를 느리게하는 과정을 반복합니다 이것을 레이저 냉각이라고하며,이 기술을 양성에 적용 할 수 있다면 절대 제로에 가까워 질 수있을 것으로 예상되었습니다

반 인itticles 및 positrons 인 전자 제품은 서로 접촉 할 때 감마선이 될 확률이 있으며 사라질 수 있습니다 이것을 쌍의 전멸이라고하며, 양전자의 경우 쌍의 소멸은 약 100 나노초 (1 천만의 2 초 중 1 개) 이내의 수를 절반으로 줄입니다 따라서 냉각은 짧은 시간 안에 완료해야합니다 또한 양전자가 매우 가볍기 때문에 빛을 흡수하고 방출하는 속도는 크게 변하고 도플러 효과는 정상 원자를 냉각시키는 데 바카라 주소되는 방법이 바카라 주소되면 레이저 냉각이 계속되지 않습니다 양전자에 대한 레이저 냉각 가능성은 약 30 년 전에 이론적으로 논의되었지만 이러한 문제를 해결할 수있는 레이저 조명을 달성하는 것은 불가능했습니다
 

〈Research Contents>

요시 오카 부교수와 다른 사람들은 기존의 지혜를 초과하는 속도로 레이저 조명의 파장을 변화시키는 방법을 개발했습니다 이 레이저는 1 억 2 천만 분마다 강한 자외선을 방출하고, 양전자가 감속 할 때 각 플래시마다 파장이 변합니다 우리는이 독점 조명을 바카라 주소하여 새로운 레이저 냉각 방법을 바카라 주소함으로써 사라지기 전에 대부분의 양수를 빠르게 식힐 수 있다고 생각했습니다

실험은 고속 에너지 가속기 연구소 (KEK) 및 바카라 커뮤니티 (AIST)와 협력하여 수행되었습니다 레이저 냉각의 데모 실험 (그림 1)은 저속 양전자 실험 시설의 Kek Institute of Material Structural Sciences에서 수행되었습니다 먼저, 도쿄 대학 과학 대학원의 입자 물리학 연구 센터 (International Research of Particle Physics)는 진공 장치와 양성 생산 및 수명을위한 측정 장치를 개발했습니다 Kek 연구자들은 고강도 느린 속도의 양전자 빔 무리를 제공하고 포지 트론이있는 양전자를 즉시 양성을 생성하는 재료를 조사했습니다 현재, 양전자 수송에 필수적인 자기장의 공간 분포를주의 깊게 설계함으로써, 우리는 레이저가 매우 작아있는 공간에서 자기장을 만드는 데 성공했습니다 이것은 양전자의 수명을 단축하지 않는 것이 중요했습니다 AIST의 연구원들은 또한 높은 효율로 양전자를 생산하기위한 양전자 빔 수렴 장치와 재료를 개발했습니다 이들은 레이저 냉각을 명확하게 보여주기에 충분한 신호 부피를 얻는 데 중요한 역할을했습니다

양전자의 속도를 측정 한 실험 결과 (그림 2)는 빛으로 인해 빠른 양전자가 감소하고, 이는 때때로 파장을 변화시키고, 이전에 관찰 된 적이없는 매우 느린까지 효율적으로 냉각 함을 보여줍니다 또한, 시뮬레이션은이 특수 레이저 조명이 실험 결과에서 특히 낮은 정적 성분을 가지고 있으며, 관찰하기가 어렵고, 이전보다 낮은 순서가 1 켈빈의 냉각 한계에 도달 한 온도를 달성했음을 보여줍니다

<Future Outlook>

이 연구는 3 차원 공간의 속도의 1 차원 레이저 냉각을 보여 주었다 앞으로 이것을 3D 레이저 냉각으로 확장함으로써 정밀 분광법에 따라 연구를 촉진 할 수 있습니다 구체적으로, 그것은 입자 물리학 표준 이론의 중요한 코너를 형성합니다Quantum Electromagnetics(참고 4)는 항 미생물의 질량을 정확하게 검증하고 반물질에 대한 중력의 영향을 측정하는 데 바카라 주소될 수 있습니다 또한, 양전자의 밀도를 증가시킴으로써, 반물질을 함유 한 집단에 바카라 주소될 수있다Bothe 아인슈타인 응축(주 5)의 관찰과 우주가 태어난 후 반물질 행동에 대한 이해로 이어질 수있다 이 연구는 공학, 광 과학 및 입자 물리학을 다루는 학제 간 분야의 발달을 향한 주요 첫 단계이며, 항 입자를 포함하는 "원자"를 바카라 주소하는 정확한 물리학입니다

"보도 자료 : 세계에서 가장 낮은 온도 흥분에서 생성 된 Bose-Einstein 응축수를 성공적으로 시각화했습니다"(2022/09/16)
https : //wwwsu-tokyoacjp/ja/press/8081/

이 연구는 교육, 문화, 스포츠, 과학 및 기술의 광학 양자 도약 플래그십 프로그램 (Q-Leap) JPMXS0118067246, 일본 과학 및 기술 기관의 신흥 연구 지원 프로젝트 (문제 NO : JPMJFR202L)의 지원을 받았습니다 JP17H02820, JP17H06205, JP17J03691, JP18H03855, JP19H01923, JP21K13862, JP22KJ0637, JP24H00217), Sumitomo Foundation Basic Science Grants, Science의 Matsuo Foundation, Matsu of the Science, 및 기술, 광학 과학 기술 연구 재단의 홍보 및 Mitsubishi Foundation 이 실험은 Photon Factory Joint 바카라 주소 실험 2020G101, 2022G087 및 2023G660을 바카라 주소하여 Kek Institute of Material Structural Sciences의 느린 속도 양전자 실험 시설의 SPF-B1 스테이션에서 수행되었습니다

(주 1) Positronium

전자와 양전자 (전자의 반 입자)는 전자와 양성자로 구성된 수소와 마찬가지로 전자기 상호 작용을 통해 서로를 끌어 들이고 "바카라 주소"를 양전자라고합니다 그것은 1951 년에 실험적으로 발견되었습니다 그것은 가장 가벼운 바카라 주소이며 전기적으로 중립적이며 질량은 2 개의 전자와 동등합니다 또한, 전자와 포지 트론은 모두 렙톤이라고 불리는 기본 입자이므로 양성은 또한 가장 간단한 바카라 주소입니다 양성자는 강한 힘에 의해 3 개의 쿼크에 의해 결합 된 복합 입자이며, 기본 입자가 아니다 또한, 전자와 양전자 스핀 사이의 관계로 인해, 양전자는 약 100 억 초의 수명이 약 1 천만 번째 인 오르토-포지트로늄을 갖는 para-positronium을 포함합니다 이 연구에서 냉각 된 것은 수명이 긴 오르토 포 시트로 늄이었습니다[참조로 돌아 가기]

(주 2) 레이저 냉각

바카라 주소는 고유 파장의 광자를 흡수하는 특성을 갖고 광자를 방출하고 원래 상태로 돌아갑니다 광자는 운동량을 가지므로, 이들 과정에서 바카라 주소는 흡수 또는 방출 된 광자와 반대 방향으로 반동된다 레이저 조명은 고정 방향으로 이동하는 정렬 된 광자 모음이며, 바카라 주소가 움직임과 반대 방향으로 이동하는 레이저 표시등을 흡수 할 때 속도가 느려집니다 한편, 바카라 주소가 광자를 방출 할 때의 방향은 무작위이기 때문에, 바카라 주소 감속은 레이저 빛을 반복적으로 흡수하고 그 후 광자를 배출함으로써 진행된다 이것이 바카라 주소의 레이저 냉각의 원리입니다 실제로, 바카라 주소에 의해 흡수되는 광자의 파장은 바카라 주소의 운동 속도에 따라 다르다는 것을 고려할 필요가있다 그는 1997 년 레이저 냉각 및 바카라 주소 포획으로 노벨 물리학상을 수상했습니다[참조로 돌아 가기]

(참고 3) 항itecicle

전자 및 복합 입자와 같은 기본 입자에서는 양성자와 같은 다수의 기본 입자로 구성된 복합 입자에서는 동일한 질량 및 스핀이있는 입자가 있지만 반대 전하라고합니다 전자의 입자는 양전자이며 1932 년 앤더슨에 의해 실험적으로 발견되었으며 1936 년에 노벨 물리학상을 수상했습니다[참조로 돌아 가기]

(주 4) 양자 전자기

이것은 양자 필드 이론의 프레임 워크를 바카라 주소하여 전자와 같은 전하 및 포지트론과 같은 전하가있는 입자 간의 상호 작용 (전자기 상호 작용)을 설명하는 물리학 이론입니다 현재까지 알려진 현상의 범위 내에서, 이것은 실험 측정 결과와 정확하게 일치하는 계산 결과를 허용하는 가장 정확한 이론입니다 현재 물리학에 직면 한 미스터리를 해결하기 위해 단서를 얻으려면, 이러한 이론을 다양한 물리 시스템의 정확한 측정 결과와 비교하고 이론 모델에 통합 할 수없는 "무언가"를 찾는 연구가 전 세계에서 수행되고 있습니다 1965 년 노벨 물리학상을 수상한 Tomonaga Shinichiro 박사의 연구는 양자 전자 역학 설립에 큰 기여를했습니다[참조로 돌아 가기]

(주 5) Bose Einstein 응축

절대 0에 가까운 저온의 세계에서는 파도와 같은 물질의 특성이 두드러지고 가스와 같은 입자 그룹의 거동은 입자가 보스 입자인지 페르미아 입자인지에 따라 극적으로 다릅니다 전자 및 포지 트론은 페르미아 입자이며, 그것들이 결합 된 양전자는 복잡한 보스 입자입니다 보스 입자의 경우, 입자 간 거리가 파동과 같은 물질의 확산과 거의 동일 할 때, 입자 사이에 인력이 없더라도 거시적 인 입자 수는 모집단에서 가장 낮은 에너지 상태를 차지하고 응축 된 상태를 형성합니다 이 현상을 Bose-Einstein 응축이라고합니다 아인슈타인에 의해 예측 된이 양자 통계 역학 기반 상 전이는 초 유성 및 초전도성과 밀접한 관련이있다 2001 년에 그는이 응축수가 희석 원자 가스를 바카라 주소하여 실현 된 연구를 위해 노벨 물리학상을 수상했습니다[참조로 돌아 가기]