Crearán poderoso laser de rayos gamma con positronio

Todos los elementos de la tabla periódica están hechos de átomos con un núcleo de protones cargados positivamente, orbitado por el mismo número de electrones de carga negativa. El positronio por su parte, símbolo P, es diferente. Se compone de un electrón y un positrón orbitando entre sí. Un positrón es la contraparte de antimateria de los electrones. A pesar de la carga positiva como el protón, que acaba de 0.0005 veces su masa. Los “átomos” de Positronio sobreviven menos de una millonésima de segundo antes que sean aniquilados un electrón y un positrón en un estallido de rayos gamma.

En principio, el positronio se podrían utilizar para hacer un láser de rayos gamma. El resultado sería un haz de alta energía de longitud de onda extremadamente corta para sondear diminutas estructuras como el núcleo atómico – la longitud de onda de la luz visible es demasiado larga para tener alguna utilidad para esto.

El problema es que esto significa montar una densa nube de positronio en un estado cuántico conocido como condensado Bose-Einstein (BEC). Cómo hacer esto sin la aniquilación de positronio en el proceso no estaba claro.

Ahora un equipo dirigido por Christoph Keitel del Instituto Max Planck de Física Nuclear en Heidelberg, Alemania, sugiere que los láseres normales podrían ser utilizados para disminuir la aniquilación. El truco está en ajustar el láser a exactamente la energía necesaria para impulsar el positronio en un estado de energía más alto, en el que la órbita del electrón y un positrón se aleja más el uno del otro. Esto los hace mucho menos probable que se puedan aniquilar ( arxiv.org/abs/1112.1621 ).

El positronio eventualmente pierden energía por los fotones que emite y regresa al estado de aniquilación propenso. Sin embargo, el equipo calcula que aproximadamente la mitad de los átomos de positronio excitado pueden sobrevivir durante 28 millonésimas de segundo, en promedio, 200 veces más que los no excitados.

Esto puede ser suficientemente tiempo para montar la nube BEC. En un BEC, los átomos de positronio se comportan al mismo ritmo, así que cuando uno se aniquila, al resto le pasa lo mismo, produciendo un estallido de radiación láser hecho de rayos gamma.

Puede sonar como un montón de trabajo, pero una cosa hace que la tarea sea más fácil. Los átomos ordinarios sólo pueden formar un BEC cuando se enfrían poco a poco en una fracción de un grado de cero absoluto. Por el contrario, debido a los efectos cuánticos, el positronio se forma en un BEC a cerca de la temperatura ambiente.

Medio siglo después de que se hizo por primera vez, el positronio podría aplicarse. Así como puede ser utilizado para la alimentación de un láser de rayos gamma, se podría poner la extraña teoría de la materia espejo a prueba.

La idea de que cada partícula tiene una idéntica – pero hasta ahora indetectable – socia espejo fue concebida para explicar las asimetrías desconcertante en la emisión de electrones de los átomos radiactivos. La Materia espejo también ha sido considerado como un candidato para la misteriosa materia oscura que compone el 80 por ciento del universo.

La teoría dice que las partículas de la materia ordinaria puede muy de vez en cuando transformarse en su espejo invertido, efectivamente desapareciendo de la vista. El Positronio normalmente termina su vida lanzando una ráfaga de rayos gamma. Si el mundo réplica al positronio a veces podría convertirse en materia espejo y desaparecen sin estas emisiones.

La idea podría ser probada por la captura de positronio en una cámara y hacer el seguimiento de la cantidad de energía que emite rayos gamma. Si la cantidad es menor de lo esperado en función del número de átomos de positronio que entró en la cámara, a continuación, algunas particulas pueden estar convirtiéndose en materia espejo. Nuevos cálculos de Sergei Demidov, del Instituto de Investigaciones Nucleares de Moscú, Rusia, y sus colegas indican que esto debería hacerse con la suficiente frecuencia para que sean detectables ( arxiv.org/abs/1111.1072 ).

Paolo Crivelli del Instituto Federal Suizo de Tecnología en Zurich es líder en el desarrollo de un experimento de este tipo ( arxiv.org/abs/1005.4802 ). El actual experimento AEGIS antimateria en el CERN cerca de Ginebra, Suiza, también podría ser modificado para este fin.