RICHIEDE UN CONDENSATO DI BOSE-EINSTEIN DI ATOMI DI POSITRONIO

Verso il laser a raggi gamma

Recenti calcoli, pubblicati su Physical Review A, mostrano che un gas di atomi di positronio in elio liquido risulta essere stabile. Un risultato per ora solo teorico, ma con le potenzialità per un passo avanti verso la realizzazione di un laser a raggi gamma, che potrebbe avere applicazioni in medicina e nella propulsione di veicoli spaziali

     09/12/2019
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Allen Mills, professore al Dipartimento di Fisica e Astronomia della UC. Crediti: I. Pittalwala, UC Riverside.

Dai calcoli svolti da Allen Mills, fisico dell’Università della California a Riverside, pare che un gas di atomi di positronio confinato in bolle sferiche immerse nell’elio liquido possa essere stabile. Questo risultato, se confermato dalle misure, permetterebbe di compiere un grande passo avanti verso la realizzazione di un laser a raggi gamma: dispositivo che potrebbe avere applicazioni di imaging in medicina, nella propulsione di veicoli spaziali e nel trattamento di alcune forme di cancro.

Di breve durata e stabile solo per pochissimo tempo, il positronio è un atomo simile all’idrogeno. È costituito da un elettrone e dalla sua antiparticella, il positrone, legati fra loro a formare un atomo esotico. Per riuscire a creare un laser a raggi gamma, il positronio deve trovarsi in uno stato chiamato condensato di Bose-Einstein: uno stato della materia che si ottiene quando si porta un insieme di bosoni a temperature estremamente vicine allo zero assoluto. In queste condizioni, una frazione non trascurabile delle particelle si porta nello stato quantistico di più bassa energia e gli effetti quantistici si manifestano su scala macroscopica. Un insieme di atomi di positronio in questo stato quantistico può portare all’emissione di radiazione gamma. Tale condensato è quindi l’ingrediente chiave di un laser a raggi gamma.

«I miei calcoli mostrano che una bolla contenente un milione di atomi di positronio in elio liquido avrebbe una densità pari a sei volte quella dell’aria ordinaria ed esisterebbe come condensato di Bose-Einstein di antimateria», spiega Mills, primo e unico autore di uno studio sulla scoperta pubblicato su Physical Review A. Lo stesso Mills, insieme a David Cassidy, nel 2007 era riuscito a compiere la prima osservazione di molecole di dipositronio, costituite da due atomi di 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 fu riportata per la prima volta nel 1957.

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

«I risultati a breve termine dei nostri esperimenti potrebbero essere l’osservazione dell’effetto tunnel del positronio attraverso un foglio di grafene, impermeabile a tutti gli atomi di materia ordinaria, incluso l’elio, nonché la formazione di un raggio laser di atomi di positronio, con possibili applicazioni legate ai computer quantistici», conclude Mills.

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