Auf der Suche nach ultrakaltem Antiwasserstoff

Rund 15 Jahre nach der ersten Herstellung von niederenergetischem Antiwasserstoff am CERN verfolgen mehrere Experimente am Antiprotonenverzögerer AD das Ziel, seine Eigenschaften genau zu messen, um die Materie-Antimaterie-Symmetrie (CPT) zu überprüfen und die Schwerebeschleunigung von Antimaterie zu bestimmen. Für all diese Experimente ist es unerlässlich, Antiwasserstoff so kalt wie möglich herzustellen, um höchste Genauigkeiten zu erreichen. Derzeit wird Antiwasserstoff bei einigen hundert Kelvin erzeugt; ein kälteres Ensemble (zirka 0,5 Kelvin) lässt sich nur durch eine verlustreiche Auswahl der langsamsten Anti-Atome gewinnen. Forscher des MPIK entwickeln seit einigen Jahren ein neues Verfahren, das die Herstellung von mehrere Größenordnungen kälterem Antiwasserstoff ermöglicht, indem einer seiner Bestandteile, das Antiproton, durch lasergekühlte negative Ionen vorgekühlt wird. Negative atomare Ionen sind empfindliche Systeme mit geringen Bindungsenergien und wenigen oder keinen angeregten Zuständen. Bis heute sind nur wenige von ihnen bekannt, die schnelle Übergänge zwischen gebundenen Zuständen, wie sie zum Laserkühlen benötigt werden, zulassen. Der bisher vielversprechendste Kandidat, das Lanthan-Anion, ist jetzt durch eine Kombination von hochauflösender Spektroskopie und theoretischen Berechnungen vollständig charakterisiert worden. Bei den experimentellen Arbeiten haben Forscher des MPIK die Übergangsrate des möglichen Laserkühlübergangs gemessen und ermittelt, dass sie mit etwa 10 kHz hoch genug für effizientes Laserkühlen ist. Die theoretischen Berechnungen von Verzweigungsverhältnissen und Übergangsraten ergaben, dass der Übergang in hohem Maße geschlossen ist, das heißt, dass der angeregte Zustand wieder in den ursprünglichen Grundzustand zerfällt. Mit diesen Arbeiten konnte daher gezeigt werden, dass Lanthan-Ionen einen gangbaren Weg zur Herstellung von ultrakaltem Wasserstoff darstellen.

Originalpublikation:
Ultracold Anions for High-Precision Antihydrogen Experiments, G. Cerchiari et al., Phys. Rev. Lett. 120, 133205 (2018)
doi:10.1103/PhysRevLett.120.133205

Unabhängige Nachwuchsgruppe Kellerbauer

AEGIS-Experiment am CERN

Kontakt:
PD Dr. Alban Kellerbauer
Tel. 06221 516138
E-Mail: alban.kellerbauer@mpi-hd.mpg.de

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Detailansicht der Nachweisapparatur, die für die Laserspektroskopie von Lanthan-Anionen verwendet wurde.