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科學家利用反物質創建伽瑪射線激光

星之球激光 來源:光電論壇2014-05-15 我要評論(0 )   

伽馬射線是波長小於(yu) 0.1納米的電磁波,是比X射線能量還高的一種輻射,伽瑪暴的能量非常高。但是大多數伽馬射線會(hui) 被地球的大氣層阻擋,觀測必須在地球之外進行。但科學家...

   伽馬射線是波長小於(yu) 0.1納米的電磁波,是比X射線能量還高的一種輻射,伽瑪暴的能量非常高。但是大多數伽馬射線會(hui) 被地球的大氣層阻擋,觀測必須在地球之外進行。但科學家通過反物質原理演示伽瑪射線激光的形成。

  據國外媒體(ti) 報道,伽瑪射線、物質、反物質這些名詞通常隻能在科幻小說中出現,但現在科學家試圖利用反物質的基本原理來創建伽瑪射線激光,我們(men) 目前已經掌握了許多種波長的激光,可覆蓋從(cong) 紫外到X射線波段,而伽瑪射線激光則會(hui) 比X射線波長更短一些。如果我們(men) 使用反物質激光器理論上可產(chan) 生比X射線激光波長小千分之一的激光,其能夠探測非常微小的空間,因此這也是未來醫學成像中非常有潛力的技術。

  比較傳(chuan) 統的激光類型有氬激光、氦氖激光等,比如紫外波段的氬氟激光波長在193納米,氬激光的波長為(wei) 488納米,氦氖激光的波長為(wei) 633納米,在紅光附近。還有紅寶石激光波長在694納米,再往前就是波長更長的激光,比如近紅外的釹釔鋁石榴石激光和遠紅外的二氧化碳激光,其波長達到大於(yu) 千納米數量級。

  來自馬裏蘭(lan) 大學聯合量子研究所的科學家布蘭(lan) 登·安德森等在新的研究中詳細介紹了使用物質和反物質混合產(chan) 生伽瑪射線激光的方法,其原理涉及玻色-愛因斯坦凝聚,將超低溫的氣體(ti) 激發創建激光束,產(chan) 生激光的強弱取決(jue) 於(yu) 介入其中的電子偶素能量。電子偶素是由一個(ge) 正電子和一個(ge) 電子構成的束縛態,事實上電子是帶負電荷的,而正電子帶的正電荷,電子和正電子相互接觸就會(hui) 發生湮滅,並釋放出兩(liang) 個(ge) 高能光子,這個(ge) 過程不到十億(yi) 分之一秒的時間,也可以認為(wei) 電子偶素的半衰期是非常短的。

  科學家為(wei) 了創建伽瑪射線激光,需要讓電子偶素進入超低溫的環境中,接近宇宙中最低的溫度,絕對零度,大約接近零下273攝氏度,此時電子偶素就會(hui) 發生玻色-愛因斯坦凝聚,由於(yu) 電子和正電子的自旋存在差異,因此電子和正電子相互作用湮滅後可產(chan) 生多個(ge) 光子,但是光子的總能量是一定的。此外,科學家還發現在大約每立方厘米10的18次方個(ge) 原子時可支持激發伽瑪射線,這個(ge) 數量聽起來挺多,但接近空氣密度。

  早在1994年,貝爾實驗室的科學家就提出了伽瑪射線激光的概念,並且不斷嚐試新的方法來創建,比如一些射頻脈衝(chong) 等,而在本項研究中科學家使用了玻色-愛因斯坦凝聚原理來創建伽瑪射線激光,相關(guan) 原理發表在物理評論A刊上。

  無論如何,人類追尋來自浩瀚宇宙的神秘能量———伽馬射線暴的勢頭不會(hui) 因為(wei) 一係列的疑惑而減少,相反,科學家會(hui) 更加努力地去探索。作為(wei) 天文學的基礎研究,這種探索對人們(men) 認識宇宙,觀察極端條件下的物理現象並發現新的規律都是很有意義(yi) 的。

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