Nou làser de rajos gamma podría generar energía de fusió

Investigadors aïllen un conjunt d’àtoms de positroni d’espín polaritzat o “pur” per primera vegada.

El positroni és un sistema de vida curta en el qual un electró i la seva antipartícula s’uneixen entre si. El 2007, físics de la Universitat de Califòrnia a Riverside van crear el positroni molecular, una substància completament nova, al laboratori. Ara han tingut èxit al aïllar per primera vegada una mostra d’àtoms de positroni d’espín polaritzat.

L’estudi apareix aquesta setmana a la revista Physical Review Letters.

El espín és una propietat fonamental i intrínseca d’un electró, i es refereix al moment angular de l’electró. Els àtoms d’espín polaritzat són àtoms que estan en el mateix estat d’espín. Es necessita una col lecció d’àtoms de positroni d’espín polaritzat per crear una forma especial de matèria, coneguda com Condensat Bose-Einstein (BEC). El BEC, predit el 1924 i creat el 1995, permet als científics estudiar àtoms d’una forma única.

“Vam aconseguir el nostre resultat incrementant la densitat dels àtoms de positroni en el nostre experiment de laboratori”, va dir David Cassidy, autor principal de l’article d’investigació i investigador assistent que treballa en el laboratori d’Allen Mills, professor de física. “A una densitat tan alta, els àtoms de positroni queden aniquilats a el interactuar entre si. Però resulta que no tots els àtoms de positroni queden aniquilats sota aquestes condicions “.

Cassidy va explicar que els àtoms de positroni apareixen en dos tipus – tipus up (a dalt) i tipus down (a sota). Els àtoms de positroni s’aniquilen quan un tipus up es troba amb un tipus down. Els dos àtoms del mateix tipus no es veuen afectats entre si.

“Pel que si tens un 50% de ups i un 50% de downs i els compactes es van aniquilar tots i es convertiran en raigs gamma”, diu. “Però si tens, per exemple, un 66% de ups i un 33% de downs, llavors només la meitat dels ups es destruirà. Tindràs molts raigs gamma – però al final només et quedarà un tipus d’àtoms – en aquest cas, àtoms up “.

“Aquest és un desenvolupament important per crear el BEC”, diu Cassidy, “pel fet que has purificat de manera efectiva la teva mostra de positroni. I necessites una col lecció pura d’àtoms amb spin alineat per crear el BEC “.

Quan els àtoms estan en estat BEC, bàsicament s’aturen (o es mouen extremadament lents), facilitant el seu estudi. Els àtoms no-BEC, per la seva banda, es mouen a altes velocitats el que fa que sigui més difícil estudiar-los.

“Hi ha processos fonamentals que es poden veure de noves formes quan tens matèria en estat BEC”, diu Mills. “Tenir àtoms en BEC fa que sigui més fàcil estudiar la manera com interactuen sota certes condicions. A més, tenir àtoms de positroni immòbils és un aspecte important per crear una cosa anomenada làser de raigs gamma, que podria tenir nombroses aplicacions científiques i militars “.

D’acord amb Mills i Cassidy, la nova recerca podria portar també a la generació d’energia de fusió, que és l’energia generada per les direccions de fusió nuclear.

“La producció final d’un condensat de positroni podria ajudar-nos a comprendre per què l’univers està fet de matèria i no d’antimatèria, o només d’energia pura”, comenta Cassidy. “Podria algun dia ajudar-nos a mesurar la interacció gravitatòria de matèria i antimatèria. Actualment, ningú sap amb seguretat la antimatèria cau cap amunt o cap avall “.

Antimatèria

Dedicat a en quark

Aquest dies tothom esta pendent del Cern degut al experiment del LHC i el Higgs. Però no nomes del Higgs viu el Cern!!!
També estan creant i estudiant la antimatèria. I, que es la antimatèria? Doncs ni mes ni menys que la matèria feta d’antipartícules. Si. Es una resposta molt curta, aixi que intentarem ampliar-la una mica. Tot va començar amb en Paul Dirac ( l’home de la foto ) el 1928.

Dirac era un físic teòric genial, que fent càlculs intentant unificar la relativitat i la quàntica matemàticament va trobar el que ara anomenem “equació de Dirac”. Una equació, el resultat de la cual descrivia un electró, però, amb dues solucions diferents. Una negativa, que descrivia l’electro que coneixem, i un altre totalment simètrica però positiva ( oooohhhhh !!! ).
Aixi dirac va concloure que si les equacions no mentien ( que no solen fer-ho ), en algun lloc tenia que existir una partícula idèntica al electró però amb carrega positiva, i… uns cinc anys desprès d’aquesta predicció es van observar per primera vegada els positrons ( electrons de carrega positiva ).
Doncs be, si existien els positrons, també la resta de partícules que formen la matèria havien de tenir una partícula simètricament igual però de diferent carrega. I aixi es.
I ara ve quan la gent es pregunta: doncs si hi ha antimatèria, on es?
Tornem al Big Bang. Tal i com ho coneixem avui en dia, ara fa uns 14 bilions d’anys, tot va començar en un estat de temperatura i densitat infinits. Tot era energia concentrada en un punt fins que, “bang” !!! I l’univers es va començar a expandir i refredar-se. I per $E=mc^2$ una certa quantitat d’energia es va transformar en matèria, mentre que un altre quantitat es va transformar en anti-materia.
Aquí cal dir que quan una partícula de matèria topa amb la seva antipartícula, ambdues es destrueixen formant energia. Llavor, si durant el big bang es va crear tant matèria com antimatèria, si hagués estat del tot simètric, les partícules de matèria i antimatèria s’haguessin estat destruint unes a altres creant energia fins arribar a un punt d’equilibri tèrmic on res existiria.
Però evidentment no va ser aixi, per que, existim !!!
Aixi doncs, que? Una asimetria en les lleis de la natura. Per cada mil milions d’antiparticules, es van formar mil milions mes una partícules de matèria. Aquests milers de milions de partícules es van aniquilar entre elles, però la resta de partícules de matèria que no tenien parella, van sobreviure creant els primer àtoms, planetes, galàxies i l’univers tal i com el coneixem ara.
Aixo es sap que es aixi gracies a les probes de fons de radiació de microones. Aquest fons son els fotons que ens arriben a la terra des-de l’altre extrem de l’univers, i que es van generar dins la “sopa” de partícules i antipartícules. Per cada partícula que s’observa de matèria a la galàxia, es poden comptar mil milions de fons de radiació de microones.
Però be, la pregunta era, on es ara l’antimatèria? Doncs la resposta es, enlloc.
La unica antimatèria que existeix es la que es crea artificialment en laboratoris con el Cern.
Però es una cosa tremendament complicada.
En les col.lisions del accelerador, es crea tant matèria com antimatèria, però aquesta ultima, en topar amb qualsevol partícula de matèria, es destrueix. Llavors el que es fa, es, mitjançant camps electromagnètics, s’ailla l’antimatèria, i es refreda fins pràcticament frenar-la. I ajuntant antielectrons i antiprotons han arribat a crear antihidrogen, i actualment, tot i que quasi tots els recursos estan posats en trobar el Higgs, una part del Cern esta experimentant amb l’antihidrogen.
Com afecta la gravetat a l’antimatèria? existeix l’antigravetat? Podrà l’antimatèria alguna dia ser una font d’energia neta i viable?
Aixo nomes el temps ho dirà, però actualment, la tecnologia de l’antimatèria ja s’aplica als hospitals amb la Tomografia d’emissio de positrons, per detectar el càncer. I el que fan es injectar al pacient un material radioactiu que al desintegrar-se dins el cos, emet un positró. Aquest, al estar dins el cos, troba matèria i s’aniquila creant un foto, que es detectat pel receptor creant una imatge de l’interior del cos.
Curiós, no?