Allen Mills, profesor en el Departamento de Física y Astronomía de UC Riverside. Crédito: I. Pittalwala, UC Riverside.

Allen Mills, un físico de la Universidad de California, Riverside, figuró en las noticias de ciencia esta semana gracias a una serie de cálculos publicados en la revista Physical Review. Estos muestran que las burbujas esféricas huecas llenas de un gas de átomos de positronio son estables en helio líquido.

La importancia de dicho hallazgo radica en el aumento de la posibilidad de desarrollar un láser de rayos gamma que podría ser utilizado a nivel clínico para obtener imágenes, para el tratamiento del cáncer e incluso en la propulsión de naves espaciales.

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Positronio, un sistema cuasiestable

El positronio es un átomo extremadamente inestable y, por tanto, bastante breve. Conformado por electrones y sus antipartículas, positrones, se le conoce como un átomo exótico, muy similar al hidrógeno, y parte de su estudio está dirigido a desarrollar un rayo láser de radiación gamma.

Pero para ello, el positronio debe encontrarse en un estado denominado condensado de Bose-Einstein, que consiste en la acumulación de átomos de positronio en el mismo estado cuántico, de modo que permitan más interacciones y radiación gamma. Esta es la base fundamental para un láser de rayos gamma.

Por su parte, el helio es el segundo elemento más abundante del universo, y se le conoce con frecuencia como un gas, aunque este puede presentarse en forma líquida a temperaturas extremadamente bajas.

En su artículo, Mills explicó que el helio tiene una afinidad negativa por el positronio. En su forma líquida, el helio repele el positronio, lo cual da lugar a la formación de burbujas. Cuando un electrón se encuentra con un positrón, uno de los resultados podría ser la producción de un tipo de radiación electromagnética muy poderosa llamada radiación gamma. El otro resultado es la formación de positronio.

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“Mis cálculos muestran que una burbuja de helio líquido que contiene un millón de átomos de positronio tendría una densidad numérica seis veces mayor que la del aire ordinario y existiría como un condensado de materia y antimateria Bose-Einstein”, dijo Mills, quien dirige el Laboratorio Positron en UC Riverside, y también es el único autor del estudio.

Según ha informado, el laboratorio se encuentra configurando un haz de antimateria con el fin de avanzar en la producción de las burbujas exóticas en helio líquido que han sugerido los hallazgos de Mills, las cuales podrían servir como fuente de condensados ​​de positronio Bose-Einstein.

“Los resultados a corto plazo de nuestros experimentos podrían ser la observación del túnel de positronio a través de una lámina de grafeno, que es impermeable a todos los átomos de materia ordinaria, incluido el helio, así como la formación de un rayo láser de átomo de positronio con posibles aplicaciones de computación cuántica”.

La larga vida útil del positronio en helio líquido fue documentada por primera vez en 1957. Pero los resultados de los nuevos experimentos de Hills respecto a este tema podrían marcar pauta en la ciencia actual teniendo aplicaciones importantes en nuestros tiempos.

Referencia:

Positronium Bose-Einstein condensation in liquid 4He bubbles. https://journals.aps.org/pra/abstract/10.1103/PhysRevA.100.063615

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