Ученые стали на шаг ближе к созданию гамма-лазера
Гразер - сверхмощный луч гамма-излучения, бьющий на тысячи километров с невероятной энергией
Физик из Калифорнийского университета в Риверсайде провел расчеты, показывающие, что полые сферические пузырьки, заполненные газом атомов позитрония, стабильны в жидком гелии.
Эти расчеты делают ученых на шаг ближе к созданию гамма-лазера (гразера), который может найти применение в медицинской визуализации, нанотехнологиях, работе космических аппаратов и лечении рака.
Гразер (Gamma-ray laser) — сверхмощный луч гамма-излучения, бьющий на тысячи километров с невероятной энергией до сих пор является мечтой фантастов. И вот постепенно фантастика становится реальностью.
Позитроний, чрезвычайно короткоживущий и недолго стабильный, представляет собой водородоподобный атом и смесь вещества и антивещества, в частности, связанных состояний электронов и их античастиц, называемых позитронами.
Для создания луча гамма-лазера позитроний должен находиться в состоянии, называемом конденсатом Бозе-Эйнштейна — совокупностью атомов позитрония в одном и том же квантовом состоянии, что обеспечивает больше взаимодействий и гамма-излучения. Такой конденсат является ключевым компонентом гамма-лазера.
«Мои расчеты показывают, что пузырь в жидком гелии, содержащий миллион атомов позитрония, будет иметь плотность, в шесть раз превышающую плотность обычного воздуха, и будет существовать как бозе-эйнштейновский конденсат вещества-антивещества», — сказал профессор кафедры физики и астрономии Аллен Миллс и единственный автор исследования.
Гелий, второй по распространенности элемент во вселенной, существует в жидкой форме только при чрезвычайно низких температурах. Миллс объяснил, что гелий имеет отрицательное родство к позитронию; пузырьки образуются в жидком гелии, потому что гелий отталкивает позитроний. О долгом времени жизни позитрония в жидком гелии впервые было сообщено в 1957 году.
Когда электрон встречается с позитроном, их взаимное уничтожение может стать одним из результатов, сопровождающихся образованием мощного и энергичного типа электромагнитного излучения, называемого гамма-излучением. Вторым результатом является образование позитрония.
Аллен Миллс, который руководит позитронной лабораторией в Калифорнийском университете в Риверсайде, сказал, что сейчас лаборатория настраивает пучок антивещества в поисках экзотических пузырьков в жидком гелии, которые предсказывают расчеты Миллса. Такие пузырьки могут служить источником бозе-эйнштейновских конденсатов позитрония.
«Ближайшими результатами наших экспериментов могут быть наблюдение туннелирования позитрония через графеновый лист, непроницаемый для всех обычных атомов вещества, включая гелий, а также образование лазерного пучка атомов позитрония с возможными приложениями в квантовых вычислениях», — говорит Аллен Миллс.
A. P. Mills. Positronium Bose-Einstein condensation in liquid He4 bubbles, Physical Review A (2019). DOI: 10.1103/PhysRevA.100.063615