En la actualidad, Uno de los principales objetivos de la ciencia ultrarrápida es enfriar los átomos de antihidrógeno lo más cerca posible del cero absoluto. El antihidrógeno ultrafrío allanaría el camino hacia experimentos de antimateria ultraprecisos que podrían ayudar a responder algunas de las preguntas más desconcertantes sobre la antimateria. Por ejemplo, ¿Cómo actúa la gravedad sobre la antimateria? ¿Por qué no vemos antimateria en el universo? ¿Y podría ser posible crear antiatomos de todos los elementos de la tabla periódica en el laboratorio?

En un nuevo artículo publicado en Cartas de revisión física , un equipo de físicos de Alemania y EE. UU. ha investigado uno de los candidatos más prometedores para el preenfriamiento de antihidrógeno, que es el ion lantano cargado negativamente.

La razón por la que los aniones de lantano pueden desempeñar un papel clave en los experimentos de antimateria es que tienen las propiedades electrónicas adecuadas para someterse al enfriamiento por láser. un procedimiento que puede enfriar un sistema a algunas de las temperaturas más frías posibles. Una vez que los aniones de lantano se enfrían con láser, luego se pueden usar para enfriar antiprotones con simpatía, que son uno de los dos constituyentes básicos de los átomos de antihidrógeno (el otro es el positrón, que es un electrón cargado positivamente). A continuación, se puede producir antihidrógeno ultrafrío a partir de los antiprotones que han sido enfriados por simpatía por los aniones enfriados por láser.

Para implementar con éxito este enfoque, sin embargo, es necesario investigar varias propiedades del anión lantano en relación con el enfriamiento por láser. Como explican los científicos en el nuevo artículo, la complicada estructura electrónica de los aniones de lantano hace que este tipo de análisis sea muy desafiante, y los esfuerzos anteriores han dado como resultado grandes inconsistencias entre los datos teóricos y experimentales.

Para abordar estos desafíos, los científicos realizaron nuevos experimentos utilizando técnicas de espectroscopia de vanguardia, y también presentó un nuevo enfoque teórico. En su enfoque teórico, separaron el tratamiento de las correlaciones electrónicas en dos problemas. Como el anión de lantano tiene 58 electrones, los investigadores trataron el anión lantano como un núcleo similar al xenón (con 54 electrones) con cuatro electrones de valencia adicionales. Al abordar los electrones del núcleo y los electrones de valencia por separado, pudieron calcular datos teóricos que coincidían estrechamente con los datos experimentales. Uno de los resultados alentadores fue que encontraron una transición de enfriamiento más fuerte de lo esperado, lo que sugiere el potencial prometedor de los aniones de lantano para producir antihidrógeno ultrafrío.

"Ahora hemos caracterizado completamente la transición relevante en el anión lantano, incluyendo todos sus canales de desintegración, y sepa que el ion se puede enfriar con láser. Exactamente 40 años después del primer enfriamiento láser de un ion positivo, el enfriamiento láser de un ion negativo está a la vuelta de la esquina, "el coautor Alban Kellerbauer, en el Instituto Max Planck de Física Nuclear, dicho Phys.org . "Para resumir, medimos con precisión la frecuencia de transición y, Más importante, la sección transversal (que se puede utilizar para calcular directamente la tasa de transición). Los cálculos teóricos se basaron principalmente en las relaciones de ramificación y también en las tasas de transición, incluido el medido de la transición de enfriamiento del láser. Los valores calculados y medidos (del coeficiente de Einstein, que es otra forma de expresar la sección transversal / tasa) concuerdan bien, lo que respalda las incertidumbres mucho más pequeñas de los valores calculados en comparación con los esfuerzos anteriores ".

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