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Introduzione

Un fisico dell’Università della California, a Riverside, ha eseguito calcoli che mostrano che le bolle sferiche vuote riempite con un gas di atomi di positronio sono stabili nell’elio liquido. I calcoli portano gli scienziati ad un passo in avanti verso la realizzazione di un laser a raggi gamma, che può avere applicazioni nell’imaging medico, nella propulsione di veicoli spaziali e nel trattamento del cancro. La ricerca è stata pubblicata su Physical Review a.

L’ingrediente chiave

Di breve durata e stablie solo per un breve tempo, il positronio è un atomo simile all’idrogeno, una miscela di materia e antimateria, un sistema altamente instabile costituito da un elettrone e dalla sua antiparticella, il positrone, legati dalla forza elettromagnetica a formare un atomo esotico

Per creare un raggio laser a raggi gamma, il positronio deve trovarsi in uno stato chiamato condensato di Bose-Einstein, un gruppo di atomi di positronio nello stesso stato quantistico, che consente più interazioni e radiazioni gamma. Tale condensa è l’ingrediente chiave di un laser a raggi gamma.

I miei calcoli mostrano che una bolla di elio liquido contenente un milione di atomi di positronio, avrebbe una densità numerica sei volte quella dell’aria ordinaria ed esisterebbe come un matter-antimatter Bose-Einstein condensate“, ha dichiarato Allen Mills, professore del Dipartimento di fisica e Astronomia e unico autore dello studio pusbblicato su Physical Review a.

Allen Mills is a professor in the UC Riverside Department of Physics and Astronomy. Credit: I. Pittalwala, UC Riverside.

L’elio e il positronio

L’elio, il secondo elemento più abbondante nell’universo, esiste in forma liquida solo a temperature estremamente basse. Mills ha spiegato che l’elio ha un’affinità negativa per il positronio; le bolle si formano in elio liquido perché l’elio respinge il positronio. La lunga durata del positronio nell’elio liquido è stata segnalata per la prima volta nel 1957 .

Quando un elettrone incontra un positrone, il loro reciproco annientamento potrebbe essere un risultato accompagnato dalla produzione di un tipo potente ed energetico di radiazione elettromagnetica chiamata radiazione gamma. Un secondo risultato è la formazione di positronio.

Mills, che dirige il Positron Laboratory presso UC Riverside, ha affermato che il laboratorio sta configurando un raggio di antimateria nel tentativo di produrre bolle esotiche in elio liquido, come prevederebbero i calcoli di Mills. Tali bolle potrebbero servire come fonte di condensati di positronio Bose-Einstein.

I risultati a breve termine dei nostri esperimenti potrebbero essere l’osservazione del tunnel di positronio attraverso un foglio di grafene, che è impermeabile a tutti gli atomi di materia ordinaria, incluso l’elio, nonché la formazione di un raggio laser di atomo di positronio con possibili applicazioni di calcolo quantistico”, ha affermato Mills.

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