Per la prima volta, scienziati dell'Università tecnica di Monaco (TUM) e del Max Planck Institute for Plasma Physics (IPP) sono riusciti a guidare positroni senza perdite, le antiparticelle degli elettroni, in una trappola di campo magnetico. Questo è un passo importante verso la creazione di un plasma materia-antimateria di elettroni e positroni come i plasmi che si ritiene si verifichino vicino a stelle di neutroni e buchi neri. In un'intervista, La dottoressa Eve Stenson presenta il suo lavoro di ricerca.

Perché vuoi attirare i positroni in una trappola?

Essere in grado di catturare e confinare i positroni è fondamentale per studiare il cosiddetto plasma a coppia elettrone-positrone. Tali plasmi sono di grande interesse sia per lo studio di questioni fondamentali nella fisica dei plasmi che in astrofisica.

Cosa c'è di così difficile nel catturare i positroni?

I positroni sono le antiparticelle degli elettroni, hanno le stesse proprietà tranne che sono caricati positivamente invece che negativamente. Quando un positrone colpisce un elettrone, entrambi si annientano istantaneamente in un lampo di luce. E poiché ci sono elettroni in abbondanza ovunque sulla Terra, è estremamente difficile immagazzinare i positroni in modo tale che sopravvivano almeno per un po'.

Fortunatamente, abbiamo la più potente sorgente di positroni al mondo, NEPOMUC (fonte di positroni indotta da neutroni Monaco), qui a Garching, a nord di Monaco, presso la Research-Neutronsource Heinz Maier-Leibnitz (FRM II). Può produrre 900 milioni di positroni al secondo.

I fisici del plasma simulano questo plasma elettrone-positrone da 40 anni. Ora hai compiuto un passo decisivo per raggiungerlo nella pratica. Come hai fatto?

In realtà è molto difficile guidare particelle cariche come i positroni positivi in ​​una trappola magnetica. Le stesse regole della fisica che confinano le particelle all'interno di questa trappola sfortunatamente tengono fuori anche le particelle che dovrebbero entrare.

La nostra trappola ha un campo magnetico molto simile a quello della Terra o di altri corpi celesti. Abbiamo avuto l'idea di applicare brevemente una tensione elettrica al bordo della trappola per guidare i positroni attraverso le "barre" magnetiche. Quando poi togliamo nuovamente la tensione, i positroni rimangono intrappolati nella gabbia. Ha funzionato così bene, anche noi siamo rimasti sorpresi.

Da quanto tempo sei in grado di confinare i positroni?

... per poco più di un secondo. Nessun gruppo al mondo è ancora riuscito a farlo con l'antimateria in questo tipo di trappola.

Quali sono i vantaggi dei risultati per la fisica del plasma o altre aree?

L'obiettivo del gruppo APEX (A Positron-Electron Experiment) del Max Planck Institute for Plasma Physics è produrre un plasma materia-antimateria di elettroni e positroni e confinarlo in una gabbia magnetica. Il primo passo, però, è essere in grado di produrre e immagazzinare abbastanza positroni. Il prossimo passo è creare ed esaminare effettivamente tali plasmi.

L'astrofisica presuppone che tali plasmi esotici si trovino in prossimità di stelle di neutroni e buchi neri. Nella fisica del plasma terrestre, la simmetria delle masse di positroni ed elettroni dovrebbe portare a nuove scoperte sulle onde e sulla turbolenza nei plasmi, scoperte che potrebbero aiutarci a utilizzare la fusione nucleare per la generazione di energia in futuro.