Με αντιπρωτόνια δοκιμάζουν τον υπέρλεπτο διαχωρισμό

Από σελίδα του PhysicsWeb, 29 Νοεμβρίου 2002

Ο υπέρλεπτος διαχωρισμός είναι ένα γνωστό φαινόμενο στην ατομική φυσική στην οποία οι μαγνητικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ του πυρήνα και των ηλεκτρονίων είναι η αιτία που διαχωρίζονται τα ηλεκτρονικά επίπεδα ενέργειας σε υποεπίπεδα. Τώρα μια ομάδα φυσικών στην Ιαπωνία και την Ευρώπη, που καθοδηγούνται από τον Eberhard Widmann του Πανεπιστημίου του Τόκιο, έχει ανακαλύψει ότι τα άτομα του ηλίου στα οποία ένα από τα ηλεκτρόνια αντικαθίσταται από αντιπρωτόνιο αναπτύσσουν επίσης ένα ακόμη λεπτότερο φαινόμενο το οποίο είναι γνωστό ως "εξαιρετικά υπέρλεπτη υφή". Αυτό το φαινόμενο απορρέει από τη μαγνητική αλληλεπίδραση μεταξύ της τροχιακής στροφορμής του αντιπρωτονίου, του σπιν του ηλεκτρονίου και του σπιν του αντιπρωτονίου (Ε. Widmann και λοιποί 2002 Phys. Rev. Lett. 89 243402).

Ο Widmann και οι συνάδελφοι του είχαν προηγουμένως παρατηρήσει τον υπέρλεπτο διαχωρισμό μέσα στο αντι-πρωτονιακό ήλιο. Αυτό προκαλείται από τη μαγνητική αλληλεπίδραση μεταξύ της τροχιακής στροφορμής του αντιπρωτονίου και του σπιν του ηλεκτρονίου. Τα πιο πρόσφατα αποτελέσματα επιβεβαιώνουν τη θεωρητική πρόβλεψη που έγιναν από τον Dimitar Bakalov της Βουλγαρικής Ακαδημίας των Επιστημών στη Σόφια και τον Vladimir Korobov του Ινστιτούτου για την πυρηνική έρευνα στην Dubna,  ότι τα δύο επίπεδα σε κάθε υπέρλεπτο "ζεύγος" διαχωρίζονται σε δύο περαιτέρω υποεπίπεδα. Αυτό το φαινόμενο της εξαιρετικά υπέρλεπτης υφής προκύπτει από την ασθενή μαγνητική αλληλεπίδραση μεταξύ του σπιν του αντιπρωτονίου και των άλλων στροφορμών. Στα δύο υποεπίπεδα, τα σπιν των ηλεκτρονίων είναι παράλληλα και τα σπιν των αντιπρωτονίων είναι αντιπαράλληλα.

Οι ερευνητές δημιούργησαν τα αντιπρωτονικά άτομα ηλίου κατευθύνοντας παλμούς αντιπρωτονίων από τον Επιβραδυντή Αντιπρωτονίων του Κέντρο Πυρηνικών Μελετών και Ερευνών (CERN) προς αέριο ηλίου. Αρχικά τα δύο επίπεδα σε κάθε υπέρλεπτο ζεύγος εποικήθηκαν εξίσου αλλά με την πυροδότηση ενός παλμού λέιζερ στο ήλιο οι ερευνητές ήταν σε θέση να αυξήσουν τον πληθυσμό του υψηλότερου ενεργειακού επιπέδου σχετικά με το χαμηλότερο ενεργειακό επίπεδο. Έστειλαν κατόπιν έναν μικροκυματικό παλμό στο αέριο για να επαναποικήσουν το χαμηλότερο επίπεδο, και για αυτή την εργασία χρησιμοποίησαν ένα δεύτερο λέιζερ για να μετρήσουν το νέο πληθυσμό του χαμηλότερου επιπέδου.

Η συχνότητα του παλμού μικροκυμάτων επιλέχτηκε για να ταιριάζει με τις δύο θεωρητικές μεταβάσεις που εμφανίζονται μεταξύ των υποεπιπέδων με το ίδιο σπιν αντιπρωτονίου στα διαφορετικά ήμισυ του ζεύγους. Καταγράφοντας ένα επαναποικισμό του χαμηλότερου ήμισυ του ζεύγους, οι ερευνητές έλεγξαν ότι αυτές οι μεταβάσεις πράγματι εμφανίζονται και, επομένως, ότι τα αντι-πρωτονιακά άτομα του ηλίου υποβάλλονται στον υπέρλεπτο διαχωρισμό. Τα αποτελέσματά τους συμφωνούν με τη θεωρία σε έξι μέρη προς 105.