AEgIS es uno de varios experimentos en la Fábrica de Antimateria del CERN que producen y estudian átomos de antihidrógeno con el objetivo de probar con alta precisión si la antimateria y la materia caen a la Tierra de la misma manera.

En un artículo publicado hoy en Physical Review Letters , la colaboración AEgIS informa sobre una hazaña experimental que no sólo le ayudará a lograr este objetivo, sino que también allanará el camino para un conjunto completamente nuevo de estudios de antimateria, incluida la perspectiva de producir un láser de rayos gamma que permitiría a los investigadores mirar dentro de la atmósfera atómica. núcleo y tienen aplicaciones más allá de la física.

Para crear antihidrógeno (un positrón que orbita alrededor de un antiprotón), AEgIS dirige un haz de positronio (un electrón que orbita alrededor de un positrón) hacia una nube de antiprotones producidos y ralentizados en la Fábrica de Antimateria. Cuando un antiprotón y un positronio se encuentran en la nube de antiprotón, el positronio cede su posición al antiprotón, formando un antihidrógeno.

Producir antihidrógeno de esta manera significa que AEgIS también puede estudiar positronio, un sistema de antimateria en sí mismo que está siendo investigado mediante experimentos en todo el mundo.

El positronio tiene una vida muy corta y se aniquila en rayos gamma en 142 milmillonésimas de segundo. Sin embargo, como se compone sólo de dos partículas puntuales, el electrón y su contraparte de antimateria, "es un sistema perfecto para realizar experimentos", afirma el portavoz de AEgIS, Ruggero Caravita, "siempre que, entre otras pruebas experimentales, se pueda obtener una muestra de positronio se puede enfriar lo suficiente como para medirlo con alta precisión."

Ésta es la hazaña lograda por el equipo de AEgIS. Aplicando la técnica de enfriamiento por láser a una muestra de positronio, la colaboración ya ha logrado reducir a más de la mitad la temperatura de la muestra, de 380 a 170 grados Kelvin. En experimentos posteriores, el equipo pretende romper la barrera de los 10 grados Kelvin.

El enfriamiento de positronio por láser de AEgIS abre nuevas posibilidades para la investigación de antimateria. Estas incluyen mediciones de alta precisión de las propiedades y el comportamiento gravitacional de este exótico pero simple sistema materia-antimateria, que podría revelar nueva física. También permite la producción de un condensado de Bose-Einstein de positronio, en el que todos los constituyentes ocupan el mismo estado cuántico.

Se ha propuesto un condensado de este tipo como candidato para producir luz coherente de rayos gamma mediante la aniquilación de materia-antimateria de sus constituyentes:luz similar a un láser formada por ondas monocromáticas que tienen una diferencia de fase constante entre ellas.

"Un condensado de antimateria de Bose-Einstein sería una herramienta increíble tanto para la investigación fundamental como para la aplicada, especialmente si permitiera la producción de luz coherente de rayos gamma con la que los investigadores pudieran observar el interior del núcleo atómico", afirma Caravita.

El enfriamiento por láser, que se aplicó por primera vez a átomos de antimateria hace unos tres años, funciona desacelerando los átomos poco a poco con fotones láser a lo largo de muchos ciclos de absorción y emisión de fotones. Esto normalmente se hace utilizando un láser de banda estrecha, que emite luz con un rango de frecuencia pequeño. Por el contrario, el equipo de AEgIS utiliza un láser de banda ancha en su estudio.

"Un láser de banda ancha enfría no sólo una pequeña sino también una gran fracción de la muestra de positronio", explica Caravita. "Es más, llevamos a cabo el experimento sin aplicar ningún campo eléctrico o magnético externo, simplificando la configuración experimental y ampliando la vida útil del positronio."