Ερευνητές από το Τεχνικό Πανεπιστήμιο του Ντάρμστατ και το Κέντρο Έρευνας Βαρέων Ιόντων GSI Helmholtz πέτυχαν για πρώτη φορά να επιβραδύνουν ισχυρά φορτισμένα ιόντα που παράγονται σε επιταχυντή, να τα παγιδεύσουν σε παγίδα Penning και στη συνέχεια να τα ψύξουν με ηλεκτρόνια.
Το επίτευγμα δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό «Physical Review X» και ανοίγει νέες δυνατότητες για πειράματα υψηλής ακρίβειας.
Από τεράστιες ταχύτητες σε ελεγχόμενη παγίδευση
Τα ισχυρά φορτισμένα ιόντα παράγονται συνήθως με πολύ υψηλές ενέργειες και κινούνται με εξαιρετικά μεγάλες ταχύτητες. Στο συγκεκριμένο πείραμα οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν πλήρως ιονισμένα άτομα αργού, από τα οποία είχαν αφαιρεθεί όλα τα ηλεκτρόνια, αφήνοντας μόνο τον ατομικό πυρήνα.
Τα ιόντα αρχικά κινούνταν με ταχύτητα που έφθανε περίπου το 30% της ταχύτητας του φωτός. Για να μπορέσουν να παγιδευτούν, η κινητική τους ενέργεια έπρεπε να μειωθεί κατά περίπου 10.000 φορές, κάτι που επιτεύχθηκε με το σύστημα επιβράδυνσης της εγκατάστασης HITRAP. Στη συνέχεια αποθηκεύτηκαν στην ειδική παγίδα Penning για αρκετά δευτερόλεπτα.
Πρώτη επιτυχής ηλεκτρονική ψύξη
Οι ερευνητές πραγματοποίησαν επίσης για πρώτη φορά ηλεκτρονική ψύξη ισχυρά φορτισμένων ιόντων μέσα σε παγίδα Penning. Η τεχνική αυτή μειώνει την κινητική ενέργεια των ιόντων, επιτρέποντάς τους να παραμένουν πιο σταθερά και καθιστώντας δυνατές εξαιρετικά ακριβείς μετρήσεις.
Το επίτευγμα αποτελεί βασικό τεχνολογικό βήμα για τη λειτουργία της εγκατάστασης HITRAP και δημιουργεί τις προϋποθέσεις για νέες έρευνες στην ατομική, πυρηνική και θεμελιώδη φυσική.
Βάση για μελλοντικά πειράματα
Η νέα τεχνολογία έχει ήδη αξιοποιηθεί στο πρώτο πείραμα χρηστών της εγκατάστασης, όπου αργά κινούμενα, ισχυρά φορτισμένα ιόντα χρυσού χρησιμοποιήθηκαν σε μελέτες υλικών.
Οι επιστήμονες εκτιμούν ότι η δυνατότητα επιβράδυνσης, παγίδευσης και ηλεκτρονικής ψύξης βαρέων ιόντων θα αποτελέσει τη βάση για μια μοναδική ερευνητική πλατφόρμα, επιτρέποντας στο μέλλον πειράματα υψηλής ακρίβειας που μέχρι σήμερα δεν ήταν εφικτά.
