En un estudio reciente, el sistema AEgIS del Centro Europeo de Investigación Nuclear (CERN) logróiones de positronio enfriados por láser, dando un paso importante hacia un sistema materia-antimateria que emite rayos gamma similares a los láseres.
Los resultados de este experimento no sólo proporcionan un fuerte apoyo para realizar pruebas de alta precisión sobre si la antimateria y la materia caen a la Tierra de la misma manera, sino que también allanan el camino para toda una nueva gama de investigaciones sobre la antimateria, incluida la posibilidad de producir rayos gamma. láseres.
El Sistema Aegis (AEgIS) es uno de varios experimentos que producen y estudian átomos de anti-hidrógeno en la Fábrica de Antimateria del CERN, cuyo objetivo es probar con alta precisión si la antimateria y la materia caen a la Tierra de la misma manera.
En un artículo publicado recientemente en Physical Review Letters, la colaboración AEgIS informa sobre una hazaña experimental que no solo ayuda a lograr este objetivo, sino que también allana el camino para toda una nueva gama de investigaciones sobre antimateria, incluida la perspectiva de producir láseres de rayos gamma. , lo que permitiría a los investigadores ver el interior del núcleo de un átomo y tener aplicaciones más allá de la física.
El objetivo de AEgIS, uno de varios experimentos en la Fábrica de Antimateria del CERN, es estudiar la naturaleza de los átomos de antihidrógeno. Para crear antihidrógeno (un positrón que gira alrededor de un antiprotón), AEgIS dirige un haz de positrones (un electrón que gira alrededor de un positrón) hacia una nube de antiprotones creada y ralentizada por la Fábrica de Antimateria. Cuando un antiprotón y un positrón se encuentran en la nube de antiprotón, el positrón cede su positrón al antiprotón, lo que da como resultado la formación de antihidrógeno.
Este proceso permite a AEgIS estudiar positrones, un sistema de antimateria que resulta interesante porque contiene sólo dos partículas puntuales: el electrón y su antimateria.
Sin embargo, el positrón tiene una vida extremadamente corta de 142 milmillonésimas de segundo y posteriormente se aniquila en rayos gamma. Para estudiar esta partícula de vida corta, el equipo de AEgIS aplicó con éxito técnicas de enfriamiento por láser a una muestra de positrones.
Esta es una hazaña lograda por el equipo de AEgIS. Al aplicar enfriamiento por láser a una muestra de positrones, lograron reducir la temperatura de la muestra de 380 grados Celsius a 170 grados Celsius, una reducción de más de la mitad. Esta hazaña proporciona una base sólida para experimentos posteriores, y el equipo pretende reducir aún más la temperatura por debajo de 10 Kelvin.
El éxito de los positrones enfriados por láser abre nuevas posibilidades para la investigación de la antimateria. En primer lugar, ha hecho posible mediciones de alta precisión de sistemas de materia-antimateria, lo que ha ayudado a revelar nueva física. En segundo lugar, la técnica también ha permitido a los investigadores producir condensados de positrones de Bose-Einstein, que son condensados en los que todos los componentes ocupan el mismo estado cuántico. Se cree que estos condensados son candidatos para generar luz coherente de rayos gamma, lo que se espera que proporcione a los investigadores una visión del interior de los núcleos atómicos.
"Si el condensado de antimateria de Bose-Einstein es capaz de producir luz coherente de rayos gamma, será una herramienta inmensamente poderosa en el campo de la investigación básica y aplicada, que permitirá a los investigadores comprender mejor los misterios de los núcleos atómicos". Dijo Ruggero Caravita.
Recordemos que la tecnología de enfriamiento por láser se aplicó por primera vez a átomos de antimateria hace tres años. El principio básico radica en la desaceleración gradual de los átomos mediante un proceso cíclico de absorción y emisión de fotones, que se realiza principalmente mediante láseres de banda estrecha que emiten luz en un rango de frecuencia pequeño. Sin embargo, el equipo de AEgIS utilizó una tecnología láser de banda ancha única en su investigación.
Ruggero Caravita explica además: "La ventaja de la técnica del láser de banda ancha es que puede enfriar eficazmente no sólo una pequeña muestra de positrones, sino también una muestra mucho más grande de positrones. Además, no utilizamos ningún campo eléctrico o magnético externo durante el experimento, que no sólo simplifica la configuración experimental sino que también extiende la vida útil de los positrones".
La Colaboración AEgIS ha compartido los resultados de su investigación sobre el enfriamiento del láser de positrones con equipos independientes que utilizan diferentes técnicas y el mismo día publicó este importante resultado en el servidor de preimpresión arXiv para referencia e información de investigadores de todo el mundo.
