El positronio (*) es un sistema de vida muy corta en la que un electrón y su antipartícula están unidos. En 2007, los físicos de la Universidad Riverside de California crearon un positronio molecular, una construcción nueva de laboratorio. Ahora acaban de conseguir aislar por vez primera un conjunto de átomos de positronio con spin polarizados.

Esta imagen muestra la cámara de ultra-alto vacío utilizada en el experimento.

Los resultados de este estudio aparecen en la revista Physical Review Letters. El spin es una propiedad intrínseca fundamental de un electrón y hace referencia al momento angular del mismo. Átomos con spin polarizados son un conjunto de ellos que poseen el mismo spin. Un conjunto de átomos de positronio con spin polarizados resultan indispensables para constituir un estado especial de la materia denominada condensado de Bosé-Einstein (BEC). El BEC fue predicho en 1924 y se logró en 1995, permitiendo a los científicos estudiar átomos en un estado único.

“Hemos conseguido este resultado al incrementar la densidad de los átomos de positronio en nuestro experimento de laboratorio”, ha manifestado David Cassidy autor principal del artículo junto con su colaborador, trabajando conjuntamente en el laboratorio del físico Allen Mills, “a tan altas densidades, los átomos de positronio sencillamente se aniquilan mutuamente al interaccionar unos con otros, pero resulta que no todos los átomos de positronio llegan a aniquilarse en estas condiciones”.

Cassidy aclaró que los átomos de positronio son de dos tipos, tipo up y tipo down. Los átomos de positronio solo se aniquilan cuando se encuentran un tipo up y otro down. Dos átomos del mismo tipo no interactúan entre si.

“Por lo tanto si tenemos un 50 % del tipo up y otro 50 % del tipo down e interactúan todos ellos conjuntamente, podrían aniquilarse totalmente y convertirse en rayos gamma” agregó, pero, si por ejemplo “tenemos un 66 % del tipo up y un 33 % del tipo down, tan solo se destruirán la mitad de los del tipo up. Se conseguiría una descarga de rayos gamma, y al final solo nos quedaremos con un tipo de átomos, en este caso los del tipo up”.

“Esto constituye un acontecimiento importante para generar el BEC, añadió Cassidy, debido a que hemos purificado efectivamente la muestra de positronio, pero se necesitan un conjunto puro de átomos de positronio con spin alineado para conseguir el BEC”.

Cuando los átomos se encuentran en estado BEC, están esencialmente quietos (o se desplazan extremadamente lentos) facilitándose así su estudio. Los átomos circundantes que no se encuentran en el estado BEC poseen una velocidad muy alta y su estudio resulta difícil.

“Hay procesos fundamentales que se les puede dar un nuevo enfoque cuando se disponga de materia en el estado BEC”, añadió Mills, “Disponiendo de átomos bajo la forma de condensados de Bosé-Einstein hace que sea más fácil investigar la forma en la que interactúan en determinadas condiciones. Por otra parte, disponer de átomos inmóviles de positronio constituye un aspecto importante para construir un láser de rayos gamma, el cual tendría numerosas aplicaciones científicas y militares.”

Según Mills y Cassidy, las nuevas aplicaciones también podrían conducir a la producción de energía de fusión, que es la energía generada por reacciones de fusión nuclear.

Cassidy añadió, “la eventual producción de positronio condensado nos podría ayudar a entender porqué el universo está hecho de materia y no de antimateria o solo de energía pura, y también nos permitiría medir la interacción gravitatoria de la antimateria con la materia. En la actualidad, nadie sabe a ciencia cierta si la antimateria se está incrementando o disminuyendo.

La National Science Foundation y la Fuerza Aérea de EE.UU. financiaron esta investigación.

(*) El positronio es un sistema cuasiestable formado por un electrón y su antipartícula, el positrón, unidos formando un átomo exótico. La órbita de ambas partículas y los niveles energéticos son similares al del átomo de hidrógeno (formado por un protón y un electrón). Pero debido a la diferente masa reducida del sistema, las frecuencias asociadas a las líneas espectrales son menos de la mitad que en el hidrógeno.

El positronio es inestable, con un periodo de semidesintegración de unos 10^-7 segundos (100 nanosegundos). La aniquilación positrón-electrón en un átomo de positronio aislado da lugar generalmente a dos o tres fotones gamma, dependiendo del espín del átomo de positronio, con una energía total de 10²² keV. Si el positronio se desintegra en presencia de otra partícula, como un electrón, que adquiera parte del momento relativista, es posible la desintegración en un único fotón gamma. Experimentalmente se han observado hasta 5 fotones, confirmando las predicciones de la electrodinámica cuántica hasta un orden muy alto.

Fuente: Science Daily