L'universo è quasi privo di antimateria, e i fisici non hanno ancora capito perché. La scoperta di una minima differenza tra il comportamento dell'antimateria e della materia nel campo gravitazionale terrestre potrebbe far luce su questa domanda. atomi di positronio, che sono costituiti da un elettrone e un positrone, sono un tipo di atomi di antimateria presi in considerazione per verificare se l'antimateria cade alla stessa velocità della materia nel campo gravitazionale terrestre. Ma sono di breve durata, della durata di soli 142 nanosecondi, troppo poco per eseguire un esperimento sulla gravità dell'antimateria. I ricercatori stanno quindi cercando attivamente trucchi per creare fonti di atomi di positronio che vivono più a lungo. In un articolo pubblicato oggi sulla rivista Revisione fisica A , la collaborazione AEgIS al CERN descrive un nuovo modo di produrre positronio di lunga durata.

Per essere utile per esperimenti sulla gravità dell'antimateria, una fonte di atomi di positronio ha bisogno di produrre atomi di lunga durata in gran numero, e con velocità note controllabili e insensibili a disturbi quali campi elettrici e magnetici. La nuova fonte AEgIS spunta tutte queste caselle, producendo circa 80.000 atomi di positronio al minuto che durano 1140 nanosecondi ciascuno e hanno una velocità nota (tra 70 e 120 chilometri al secondo) che può essere controllata con un'elevata precisione (10 chilometri al secondo).

Il trucco? Usando uno speciale convertitore da positrone a positronio per produrre gli atomi e un singolo lampo di luce laser ultravioletta che prende due piccioni con una fava. Il laser porta gli atomi dallo stato elettronico a energia più bassa a uno stato a più alta energia di lunga durata e può selezionare tra tutti gli atomi solo quelli con una certa velocità.

Questa non è la prima volta che i ricercatori hanno prodotto una fonte di atomi di positronio di lunga durata. Ci sono altre tecniche che lo fanno, incluso uno che implica portare gli atomi a stati elettronici chiamati stati di Rydberg, e che potrebbe essere utilizzato anche per eseguire esperimenti di gravità con positronio. Ma tutti questi sono molto sensibili ai campi elettrici e magnetici, che influenzano la velocità degli atomi e dovrebbero essere presi in considerazione nelle future misurazioni della gravità. Il nuovo metodo ideato da AEgIS è "più pulito, "in quanto è quasi insensibile a questi campi.

Il prossimo passo nel lungo percorso verso la misurazione dell'effetto della gravità sul positronio con la nuova sorgente AEgIS (il team AEgIS e altre collaborazioni del CERN prevedono principalmente di effettuare misurazioni con atomi di antiidrogeno) sarà confermare che gli atomi prodotti sono elettricamente neutri. Il complesso dell'acceleratore del CERN è attualmente chiuso per un importante programma di aggiornamento di due anni, quindi la maggior parte degli esperimenti al Laboratorio, che richiedono un fascio di protoni, hanno cessato di funzionare durante questo periodo. Un vantaggio di questo esperimento sul positronio è che non richiede protoni, in modo che possa continuare a funzionare durante lo spegnimento.