Oba zespoły naukowców pracujące całkowicie niezależnie od siebie, podjęły się próby obniżenia temperatury chmury pozytonium. Tutaj od razu należy wyjaśnić, że pozytonium to zasadniczo najlżejszy układ cząstek złożony z elektronu i odpowiadającej mu antycząstki — pozytonu. Pozytonium jest układem bardzo niestabilnym. Średni czas jego życia wynosi zaledwie 142 nanosekundy. Po tym czasie elektron i pozyton wzajemnie się anihilują, emitując przy tym promieniowanie gamma.
Do badań eksperymentalnych naukowcy zazwyczaj tworzą pozytonium w swoistych chmurach, w których cząstki pozytonium przemieszczają się z bardzo różnymi prędkościami. Szeroki rozrzut prędkości cząstek to jednak duży problem, kiedy planuje się zbadanie właściwości takiej cząstki. Zawężenie zakresu prędkości, z jakimi poruszają się cząstki tworzące chmurę pozytonium, znacząco ułatwiłoby przyjrzenie się tym fascynującym układom.
Czytaj także: Tajemnicza antymateria. Czy gdzieś w kosmosie istnieją antyświaty?
W tym celu najlepiej byłoby obniżyć temperaturę takiego układu, co wiązałoby się z obniżeniem średnich prędkości cząstek składających się na całą chmurę. Im bardziej uda się obniżyć prędkości cząstek, tym dokładniej będzie można wykonać pomiary ich właściwości.
Fizycy z CERN w swojej pracy wykorzystali specjalną wiązkę laserową do zmniejszenia temperatury układu o niemal połowę, z 106°C do -103°C. Naukowcy z Uniwersytetu Tokijskiego poszli jeszcze dalej, obniżając temperaturę chmury pozytonium do -272°C, czyli tuż nad zero absolutne.
W jaki jednak sposób wiązka laserowa jest w stanie ochłodzić chmurę pozytonium?
W obecności wiązki laserowej cząstka wchodząca w kontakt z fotonem pochłania go, jednocześnie zyskując energię, po czym go ponownie emituje, tracąc energię. Ponowna emisja fotonu przez taką cząstkę następuje w losowym kierunku. To z kolei oznacza, że moment pędu cząstki się zmienia i ostatecznie prędkość cząstki spada. W ten sposób można stopniowo obniżać prędkości kolejnych cząstek tworzących chmurę pozytonium, zmniejszając zakres prędkości.
Czytaj także: Antymateria potrzebna od zaraz. Fascynuje fizyków, pomaga lekarzom
Oba opisywane tutaj zespoły wykorzystały lasery do chłodzenia swoich chmur pozytonów, aczkolwiek wykorzystywane przez nich lasery różniły się od siebie.
Mamy już zimne chmury pozytonium. Co teraz?
Docelowo naukowcy chcą spróbować stworzyć kondensat Bosego-Einsteina składający się z pozytonium. W takim stanie mielibyśmy do czynienia z obłokiem cząstek schłodzonych do temperatury bliskiej zera absolutnego. W takim stanie powstałby bardzo gęsty obłok cząstek, który — co kluczowe — zacząłby się zachowywać jak jedna duża supercząsteczka. Fizycy podejrzewają, że w takim stanie pozytonium można by było wykorzystać do stworzenia spójnej wiązki promieniowania gamma, która z kolei umożliwiłaby nam zajrzenie do wnętrza jądra atomowego tak, jak jeszcze nigdy nikt tego nie zrobił. Gra jest zatem warta świeczki.