Enfriamiento del positronio mediante láser
El positronio (Ps) es un hermano menor del hidrógeno, con un positrón que sustituye al protón. En consecuencia, es más ligero que el hidrógeno en un factor 2.000 aproximadamente y los niveles de energía se reducen en un factor 2.
Es inestable: en el vacío y en el estado fundamental, con espines paralelos de las dos partículas, se aniquila con un tiempo de vida de sólo 142 ns. Durante su corta vida debe producirse el enfriamiento de Ps, lo que hace que el proceso sea tan difícil con respecto a los átomos ordinarios.
El uso de un láser pulsado de gran ancho de banda tiene la ventaja de enfriar una gran fracción de la nube de positronio al tiempo que aumenta su tiempo de vida efectivo, lo que resulta también en un mayor número de Ps después del enfriamiento para experimentos posteriores.
Una corta pero interesante vida
El positronio es extremadamente raro y solo existe durante 142.000 milmillonésimas de segundo. Pero puede generar enormes cantidades de energía y dar información sobre la llamada ‘antimateria’ que existía al principio del universo. Estudiarlo permite encontrar respuestas en temas como la física, el tratamiento del cáncer e incluso los viajes al espacio.
Hasta ahora esta rara sustancia había sido imposible de analizar debido a que sus átomos se mueven mucho y a mucha velocidad, pero los científicos del Politecnico han logrado congelarlo con láseres.
En el caso del experimento AEgIS, cuyo objetivo es medir la aceleración gravitatoria del antihidrógeno (como prueba del principio de equivalencia débil para la antimateria), esta última se obtiene mediante una reacción entre Ps en estado excitado y antiprotones atrapados. Cuanto menor sea la velocidad de la Ps, mayor será la probabilidad de formación de antihidrógeno, de ahí la importancia de producir Ps con la menor energía cinética posible. La disponibilidad de átomos de Ps suficientemente ‘fríos’ es de suma importancia para la ciencia básica, por ejemplo, la espectroscopia de precisión de los niveles de energía excitados de Ps que permite probar la electrodinámica cuántica con una precisión sin precedentes, o probar el principio de equivalencia con un sistema puramente leptónico.
Además, la posibilidad de crear un conjunto de átomos de Ps fríos podría allanar el camino hacia el primer condensado de Bose-Einstein (BEC, ya obtenido mediante el enfriamiento por láser de átomos ordinarios) de antimateria, un estado en el que los fenómenos de la mecánica cuántica se manifiestan macroscópicamente. Un BEC de positronio implicaría la aniquilación estimulada, que se ha propuesto como forma de producir radiación electromagnética coherente en el rango de energías de los rayos gamma. El resultado se ha publicado en Physical Review Letters como Editor's Highlight.
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