امروزه با پیشرفت دانش و فناوری لیزر، پرتوهای لیزر گستره‌ ی وسیعی از طول موج ‌ها را در برگرفته‌ اند. میزرهای مایکروویو، تراهرتز، مادون قرمز، لیزرهای نور مرئی، ماورا بنفش، لیزرهای پرانرژی پرتو ایکس در عرصه زندگی بشر وارد شده ‌اند اما آیا می ‌توان به ‌دنبال دستیابی به لیزر با انرژی ‌های بالاتر هم بود؟ در کمال شگفتی پاسخ این سوال مثبت است و با توجه به نتایج تحقیقات دانشمندان این قضیه قابل پذیرش است که لیزرهای اشعه گاما در راه هستند. برای تولید لیزرهای اشعه گاما، علاوه بر نظریه گذار بین ترازهای هسته ‌ای، روش دیگری مطرح است که بسیار به عملیاتی شدن نزدیک به نظر می‌ رسد. نظریه ‌ای که از چند سال پیش در مؤسسه تحقیقاتی کوانتومی وابسته به دانشگاه مریلند و جدیداً در دانشگاه کالیفرنیا از نظر تئوری و محاسباتی مورد بررسی قرار گرفته است و نتایج آن به همراه تلاش های تجربی، دستیابی به لیزر اشعه گاما را به واقعیت نزدیک کرده است، برای بیشتر دانستن در مورد آن نام پوزیترونیوم را به خاطر بسپارید. پوزیترونیوم اتمی است که تنها از یک الکترون و ضدماده آن، یعنی پوزیترون، تشکیل شده است که در یک مسیر دایره ‌ای می‌ چرخند. این ترکیب دارای پایداری کمی است، بنابراین برای مدت کوتاهی آنها یک شیء را تشکیل می دهند که دارای خواصی است که شباهت زیادی به یک اتم هیدروژن معمولی دارد ولی در فاصله اندکی واهلش کرده، یکدیگر را کاملاً نابود می کنند و اشعه گاما آزاد می‌ کنند. از طرف دیگر ترکیب این زوج ماده و ضدماده و تشکیل پوزیترونیوم به تابش پرتو گاما منجر می ‌شود. به غیر از پوزیترونیوم مفهوم مهم دیگری وجود دارد که برای درک بهتر لیزر اشعه گاما لازم است با آن آشنا شوید. مفهومی آشنا برای کسانی که با فیزیک لیزر سروکار دارند، یعنی چگالش بوز- انیشتین (BEC). چگالش بوز- انیشتین بیانگر مجموعه ‌ای از ذرات است (این ذرات از منظر فیزیک و مکانیک آماری از نوع بوزون هستند) که تا نزدیک دمای صفر مطلق توسط لیزر سرد شده ‌اند و در حقیقت در پایین‌ ترین حالت کوانتومی خود قرار دارند. BEC دارای کاربردهای مختلفی است و از آن برای کاهش سرعت نور، تبدیل نور به امواج ماده و بازگشت این حالت به پرتو نور، همچنین ایجاد لیزرهای اتمی استفاده شده است. چگالش بوز- انیشتین را می توان از انواع مختلف اتم، از جمله پوزیترونیم ساخت. دانشمندان به کمک نظریه چگالش بوز- انیشتین به دنبال ایجاد لیزر اشعه گاما هستند. آنها به کمک نظریه BEC امکان ایجاد یک محیط بهره از پوزیترونیوم چگالیده را بررسی می ‌کنند که امکان ایجاد فوتون ‌های لیزر اشعه گاما با انرژی ۵۱۱ الکترون ولت را دارد. پژوهشگران در تحقیقات خود پیکربندی ‌هایی که به ایجاد لیزر اشعه گاما منجر می‌ شود یا برعکس به ایجاد این نوع پرتو لیزر منجر نمی‌ شود را به صورت نظری امکان سنجی کرده ‌اند. آن‌ها در سیر مطالعات خود همواره به ‌دنبال حالت‌ هایی بودند که بتوانند طول عمر پوزیترونیوم را افزایش دهند. در این راستا محققین تأثیر برخوردهای بین پوزیترونیوم ها را برای انواع متفاوت اتم پوزیترونیوم مورد بررسی قرار داده اند، زیرا برخوردها (اگر کنترل نشوند) محدودیت زیادی در عملکرد لیزر پرتو گاما ایجاد می ‌کنند. برای ایجاد لیزر اشعه گاما، لازم است به کمک چگالش بوز- انیشتین، جمعیت مناسبی از اتم‎ های پوزیترونیوم ایجاد شود. به به ‌عبارتی حداقل تعداد ۱۰۱۸ اتم در سانتی‌ متر مکعب که حدود ۳% چگالی هوا است ایجاد شود. البته یک حد تراکم بحرانی وجود دارد که در این حد برخوردهای بیشتر می‌ تواند چگالش بوز- انیشتین را بر هم بزند. این ماده چگالیده در مدت زمان یک نانو ثانیه تا ۰٫۱ میکرو ثانیه، باید با یک پالس اشعه مادون قرمز دور، با یک توالی سوئیچینگ خاص تحریک شود. در این‌ صورت امکان تابش تعداد زیادی فوتون گاما به صورت همدوس و همراستا ایجاد می‌ شود. بزرگترین چالش پیش روی لیزر اشعه گاما ایجاد چگالش بوز- انیشتین به صورتی است که بتواند لیزر اشعه گاما ایجاد کند. اصولاً ساخت تجهیزات لازم برای ایجاد این چگالش حتی اگر دشواری‌ های فنی این مسئله حل شود، حداقل به اندازه یک اتاق عظمت خواهد داشت.اما به تازگی راه حلی عملیاتی برای حل این مشکل مطرح شده است. یکی از فیزیکدانان دانشگاه کالیفرنیا به نام آلن میلز[۱]، به تازگی محاسباتی را انجام داده است که نشان می دهد حباب های توخالی پر از اتم های گاز پوزیترونیوم که در هلیوم مایع ایجاد می شوند پایدارهستند. این یک گام جدید و مؤثر برای عملی کردن لیزر اشعه گاما به شمار می ‌رود. به ادعای این پژوهشگر، محاسبات انجام شده نشان می دهد که حباب قرار گرفته در هلیوم مایع که حاوی یک میلیون اتم پوزیترونیوم است، ۶ برابر بیشتر از هوای معمولی در حالت بوز- انیشتین باقی می ماند.
@opticebonabuni