Fizicienii din cadrul CERN implicaţi în Alpha Experiment au detectat tranziția Lyman alfa din atomul de antihidrogen, omologul format din antimaterie al hidrogenului.

Tranziția Lyman alfa se referă la tranziţiile energetice ale electronului din atomul de hidrogen între nivelul cu cea mai mică energie (1S) şi nivelul cu cea mai mare energie (2P). În urma acestor tranziţii, atomul de hidrogen emite sau absoarbe radiaţii din domeniul ultraviolet al spectrului electromagnetic având o lungime de undă de 121,6 nm.

Tranziția Lyman alfa în atomul de antihidrogen

O imagine artistică a unui nor de atomi de antihidrogen prinşi într-o capcană magnetică. Credit: Chukman So.

Tranziția Lyman alfa este una din tranzițiile electronice Lyman care au fost descoperite în atomul de hidrogen de către fizicianul american Theodore Lyman în anul 1906.

Tranziția Lyman alfa se produce atunci când un electron trece de pe nivelul energetic 1S către nivelul energetic 2P și apoi revine înapoi pe 1S, atomul emiţând un foton având o lungime de undă de 121,6 nm.

Atomul de hidrogen este format dintr-un electron și un proton, iar atunci când electronul trece de pe un nivel energetic ridicat pe cel mai scăzut nivel de energie atomul emite serii discrete de radiaţii electromagnetice în domeniul ultraviolet ce formează seria Lyman, care a fost denumită după numele fizicianului Theodore Lyman.

Prezența acestor linii spectrale discrete a contribuit la elaborarea teoriei mecanicii cuantice care descrie lumea la nivel atomic și care este, de asemenea, una dintre teoriile de bază ale fizicii moderne.

Linia spectrala Lyman-alfa are o importanță fundamentală în fizică și astronomie.

„Observațiile astronomice privind modul cum se modifică radiaţia electromagnetică emisă de obiectele cosmice îndepărtate, în sensul deplasării spre roşu (redshift) a liniilor spectrale, adică spre lungimi de undă mai mari, ne oferă informații cu privire la modul cum evoluează Universul și permite testarea unor modele care prezic viitorul acestuia”, a declarat profesorul Mike Charlton, membru al ALPHA Collaboration, din cadrul Swansea University.

Atomul de hidrogen și atomul de antihidrogen

O comparaţie între atomul de hidrogen şi cel de antihidrogen ce prezintă sarcina electrică a particulelor componente. Credit: NSF.

Experimentul ALPHA produce atomi de antihidrogen formaţi din antiprotoni obţinuţi în Antiproton Decelerator de la CERN şi pozitroni proveniţi dintr-o sursă de sodiu-22.

Atomii de antihidrogen sunt prinşi într-o capcană magnetică, care îi izolează pentru a nu intra în contact cu materia obișnuită, iar un fascicul laser este trimis asupra acestor atomi pentru măsurarea răspunsului lor spectral.

Această măsurătoare implică utilizarea unui spectru de frecvențe laser și numărarea numărului de atomi de antihidrogen care ies din capcana magnetică ca rezultat al interacțiunilor dintre laser și atomii capturați.

Fizicienii din echipa ALPHA au folosit anterior această tehnică pentru a măsura așa-numita tranziție 1S-2S.

Folosind aceeași tehnică și un fascicul laser având lungimea de undă în jurul valorii de 121,6 nm, fizicienii au detectat tranziția Lyman-alfa în atomul de antihidrogen și au măsurat frecvența acesteia, care este conformă cu tranziția echivalentă din atomul de hidrogen.

Chiar dacă precizia măsurătorilor nu este la fel de mare precum cea obţinută în cazul atomului de hidrogen, reuşita fizicienilor reprezintă o importantă realizare tehnologică în vederea utilizării tranziției Lyman-alfa pentru răcirea unor eşantioane mari de antihidrogen folosind o tehnică cunoscută sub numele de răcire cu laser.

„Această realizare ar trebui să deschidă calea spre manipularea energiei cinetice a atomilor de antihidrogen prinși în capcana magnetică”, a declarat profesorul Charlton.

„Suntem cu adevărat încântaţi de acest rezultat.

Tranziţia Lyman-alfa este dificil de experimentat chiar şi în cazul atomului de hidrogen. Cu toate acestea, pe baza capacității pe care o avem în prezent de a prinde și izola un număr mare de atomi de antihidrogen timp de mai multe ore și folosind o sursă pulsantă laser Lyman-alfa am putut observa această tranziție.

Urmează răcirea cu laser, care ar putea revoluţiona spectroscopia de precizie și măsurătorile gravitaționale”, a declarat profesorul Jeffrey Hangst, fizician în cadrul Aarhus University şi purtător de cuvânt al colaborării ALPHA.

Rezultatele au fost publicate în revista Nature.

Sursă: Sci-News