Het universum is bijna verstoken van antimaterie, en natuurkundigen hebben nog niet ontdekt waarom. Het ontdekken van een klein verschil tussen het gedrag van antimaterie en materie in het zwaartekrachtveld van de aarde zou licht op deze vraag kunnen werpen. Positronium atomen, die bestaan ​​uit een elektron en een positron, zijn een soort antimaterie-atomen die worden overwogen om te testen of antimaterie met dezelfde snelheid valt als materie in het zwaartekrachtveld van de aarde. Maar ze zijn van korte duur, die slechts 142 nanoseconden duren - te weinig om een ​​zwaartekracht-experiment met antimaterie uit te voeren. Onderzoekers zijn daarom actief op zoek naar trucs om bronnen te maken van positoniumatomen die langer leven. In een artikel dat vandaag in het tijdschrift is gepubliceerd: Fysieke beoordeling A , de AEGIS-samenwerking bij CERN beschrijft een nieuwe manier om langlevend positronium te maken.

Om bruikbaar te zijn voor antimaterie zwaartekracht experimenten, een bron van positroniumatomen moet in grote aantallen langlevende atomen produceren, en met bekende snelheden die kunnen worden gecontroleerd en niet worden beïnvloed door storingen zoals elektrische en magnetische velden. De nieuwe AegIS-bron vinkt al deze vakjes aan, produceren zo'n 80 000 positroniumatomen per minuut die elk 1140 nanoseconden duren en een bekende snelheid hebben (tussen 70 en 120 kilometer per seconde) die met een hoge precisie (10 kilometer per seconde) kan worden bestuurd.

De truc? Met behulp van een speciale positron-naar-positronium-converter om de atomen te produceren en een enkele flits van ultraviolet laserlicht die twee vliegen in één klap slaat. De laser brengt de atomen van de laagste energie-elektronische toestand naar een langlevende toestand met hogere energie en kan uit alle atomen alleen die met een bepaalde snelheid selecteren.

Dit is niet de eerste keer dat onderzoekers een bron van langlevende positroniumatomen hebben geproduceerd. Er zijn andere technieken die dit doen, waaronder een waarbij de atomen naar elektronische toestanden worden gebracht die Rydberg-toestanden worden genoemd, en die ook kunnen worden gebruikt om zwaartekrachtexperimenten met positonium uit te voeren. Maar deze zijn allemaal erg gevoelig voor elektrische en magnetische velden, die de snelheid van de atomen beïnvloeden en waarmee rekening moet worden gehouden in toekomstige zwaartekrachtmetingen. De nieuwe methode van AEGIS is "schonere, " in die zin dat het bijna ongevoelig is voor deze velden.

De volgende stap op de lange weg naar het meten van het effect van zwaartekracht op positronium met de nieuwe AEGIS-bron (het AEGIS-team en andere CERN-samenwerkingsverbanden zijn voornamelijk van plan metingen te doen met antiwaterstofatomen) zal zijn om te bevestigen dat de geproduceerde atomen elektrisch neutraal zijn. Het acceleratorcomplex van CERN is momenteel stilgelegd voor een grootschalig upgradeprogramma van twee jaar, dus de meeste experimenten in het laboratorium, die een bundel protonen nodig hebben, in deze periode niet meer actief zijn. Een voordeel van dit positronium-experiment is dat er geen protonen voor nodig zijn, zodat hij tijdens de uitschakeling kan blijven werken.