Взяв удивительное вещество позитроний, ученые научились получать из него еще более удивительный бозе-конденсат.
Естественная чистка: От позитрония до термояда
Не так-то просто: образец молекулярного позитрония размещался в камере сверхвысокого вакуума

Чтобы разъяснить все, начать придется издалека — но тем интересней результат, к которому мы придем. Итак, позитроний (Ps) — квантовомеханическая система, состоящая из связанного электрона и его античастицы, позитрона.

Это своего рода «атом», состоящий, как и атом водорода, из двух частиц. Еще в середине прошлого века было предположено, что два «атома» позитрония могут объединяться в молекулу Ps2. Такая субстанция была названа «молекулярным позитронием» и действительно получена в лаборатории в 2007 г.

Здесь необходимо вспомнить, что и электрон, и позитрон, как и многие другие элементарные частицы, обладают такой характеристикой, как спин. Спины электрона и позитрона в позитронии могут быть направлены в одну и ту же сторону, либо противоположно. Если взять атом позитрония с одинаково направленными спинами частиц, да еще и группу таких атомов, спины которых сонаправлены, то мы получим не что иное, как конденсат Бозе-Эйнштейна (или просто бозе-конденсат).

Этот конденсат — совершенно уникальное состояние материи, в котором квантовомеханические эффекты начинают проявляться на макроскопическом уровне. Зачем все это нужно? Даже трудно перечислить. Например, если создать аппарат, испускающий пучок атомов в состоянии бозе-конденсата, то пучок этот будет обладать теми же свойствами, что и лазерный луч. Его можно сфокусировать до миллионных долей миллиметра, аккуратно и точно «выкладывая» из атомов наноразмерные структуры нужной нам формы и свойств. Подробнее о бозе-конденсате и его удивительных свойствах лучше прочесть в статье «Холодный расчет», мы же теперь вернемся к позитронию.

Ученые из группы профессора Алена Миллза (Allen Mills), получив некоторый объем позитрония, сжали его, что привело к аннигиляции его атомов. Однако не все атомы Ps аннигилировали, это определялось спинами частиц, входящих в состав взаимодействующих атомов.

Чтобы упростить объяснение, представим, что имеются 2 типа атомов позитрония — «черные» и «белые». Встречаясь, они аннигилируют, так что если в нашей смеси имеется ровно по половине тех и других, они все взаимно уничтожатся с образованием гамма-квантов. Но если у вас случайно имеется, скажем, 66,6% «черных» Ps и 33,3% «белых», в итоге половина «черных» атомов останутся целы. По сути, естественным образом происходит процесс «очистки» позитрония, и остаются только атомы с одинаково ориентированными спинами частиц. То есть — то, что нужно для получения бозе-конденсата.

Ученые уверены, что такой процесс может стать основой для создания эффективного гамма-лазера, т. е. лазера, испускающего высокоэнергетические гамма-лучи. Такой аппарат может найти применение и в военных целях, и в самых мирных — в том числе и в долгожданном эффективном использовании термоядерной энергии.

Не говоря уж о том, что процесс, позволяющий (сравнительно) легко получать бозе-конденсат позволит изучить самые волнующие вопросы мироздания. Скажем, установить, почему мир состоит из частиц, а не из античастиц, или другой формы материи.

По пресс-релизу University of California — Riverside