Radiación emitida por electrones altamente relativistas. Algunos electrones pierden el 80 por ciento de su energía en una sola emisión. Este haz de rayos gamma es muy estrecho:si lo apuntas a la pared de una casa al otro lado de la calle, haría un punto más pequeño que la punta de su dedo. Crédito:Marija Vranic, Instituto Superior Técnico, Universidad de Lisboa.
La antimateria es un material exótico que se vaporiza cuando entra en contacto con la materia regular. Si golpea una pelota de béisbol de antimateria con un bate hecho de materia regular, explotaría en un estallido de luz. Es raro encontrar antimateria en la Tierra, pero se cree que existe en los confines del universo. Asombrosamente, La antimateria se puede crear de la nada:los científicos pueden crear explosiones de materia y antimateria simultáneamente utilizando luz que es extremadamente energética.
¿Cómo fabrican los científicos la antimateria? Cuando los electrones, partículas subatómicas cargadas negativamente, se mueven hacia adelante y hacia atrás emiten luz. Si se mueven muy rápido, emiten mucha luz. Una excelente manera de hacer que se muevan hacia adelante y hacia atrás es dispararlos con potentes pulsos de láser. Los electrones se vuelven casi tan rápidos como la luz, y generan haces de rayos gamma (Figura 1). Los rayos gamma son como rayos X, como los de los consultorios médicos o las líneas de seguridad del aeropuerto, pero son mucho más pequeños y tienen aún más energía. El haz de luz es muy nítido, aproximadamente del grosor de una aguja de coser, incluso a unos pocos pies de distancia de su fuente.
Cuando los rayos gamma hechos por electrones chocan entre sí, pueden crear pares de materia-antimateria:un electrón y un positrón. Ahora, Los científicos han desarrollado un nuevo truco para crear estos pares de materia-antimateria de manera aún más eficiente.
"Desarrollamos una 'trampa óptica' que evita que los electrones se muevan demasiado después de emitir rayos gamma, "dijo Marija Vranic de la Universidad de Lisboa, quien presentará su trabajo en la reunión de la División de Física del Plasma de la Sociedad Estadounidense de Física en Portland, Mineral. "Quedan atrapados donde pueden ser golpeados nuevamente por los poderosos pulsos de láser. Esto genera más rayos gamma, lo que crea aún más pares de partículas ".
Este proceso se repite, y el número de pares crece muy rápido en lo que se llama una "cascada". El proceso continúa hasta que las partículas que se han creado son muy densas (Figura 2).
Una trampa óptica para plasma de materia-antimateria. La trampa está formada por 4 láseres, dispuestas en un plano, todos yendo hacia el mismo punto. Cuando los láseres se superponen, forman una onda 2D, con campos eléctricos que se muestran en la figura. Hay un objeto diminuto en el centro, un nanoalambre 100 veces más delgado que un cabello humano. Los electrones se separan del cable y se aceleran cerca de la velocidad de la luz. Están atrapados en la ola por eso, cuando pierden la mayor parte de su energía al emitir luz, se vuelven a acelerar. Los fotones producen pares de electrones y positrones, ellos mismos atrapados. Este proceso puede crear un denso plasma de positrones y electrones que eventualmente convierte la mayor parte de la energía láser disponible en rayos gamma. Crédito:Marija Vranic, Instituto Superior Técnico, Universidad de Lisboa
Se cree que las cascadas ocurren naturalmente en rincones lejanos del universo. Por ejemplo, Las estrellas de neutrones que giran rápidamente llamadas púlsares tienen campos magnéticos extremadamente fuertes, un billón de veces más fuerte que los campos magnéticos de la Tierra, que puede producir cascadas.
El estudio de las cascadas en el laboratorio podría arrojar luz sobre los misterios relacionados con los plasmas astrofísicos en condiciones extremas. Estos haces también pueden tener aplicaciones industriales y médicas para imágenes no invasivas de alto contraste. Es necesario realizar más investigaciones para que las fuentes sean más baratas y eficientes, para que estén ampliamente disponibles.
