Wanneer elektronen botsen met positronen, hun antimaterie-tegenhangers, er kunnen zich instabiele paren vormen waarin beide soorten deeltjes om elkaar heen draaien. Genoemd 'positonium, ' natuurkundigen hebben deze intrigerende structuur nu geproduceerd met behulp van een breed scala aan positrondoelen - van atomaire gassen tot metaalfilms. Echter, ze moeten nog hetzelfde resultaat bereiken met dampen van nanodeeltjes, waarvan de unieke eigenschappen worden beïnvloed door de 'gassen' van vrije elektronen die ze bevatten in goed gedefinieerde, nanoscopische gebieden.

In nieuw onderzoek gepubliceerd in EPJ D , Paul-Antoine Hervieux aan de Universiteit van Straatsburg, Frankrijk en Himadri Chakraborty aan de Northwest Missouri State University, VS, onthullen de kenmerken van positroniumvorming in voetbalvormige nanodeeltjes, C60, Voor de eerste keer. Bij specifieke positron-inslagenergieën, ze laten zien dat de emissie van positronium in dezelfde richting domineert als de binnenkomende antideeltjes.

Algemeen bekend als buckminsterfullereen, of 'buckyballs, ' C60 is stabiel, gemakkelijk gesynthetiseerd en duurzaam bij kamertemperatuur. Dankzij deze nuttige eigenschappen, De bevindingen van Hervieux en Chakraborty kunnen belangrijke implicaties hebben voor onder meer astrofysica, materiaal fysica, en farmaceutisch onderzoek. Vooral, ze zouden verbeteringen kunnen bieden in tests van hoe antimaterie reageert op zwaartekracht, waarbij structuren kunnen betrokken zijn, waaronder dipositonium en antiwaterstofatomen; die elk positonium bevatten in de eerste stappen van hun fabricageprocessen.

Wanneer positronen van bepaalde energieën buckyballs naderen onder hoeken tot 10 graden, toonden de natuurkundigen aan dat een reeks smalle, naar voren gerichte positroniumsignalen waren het gevolg van de 'diffractieresonantie' van de deeltjes. Het effect is vergelijkbaar met hoe licht wordt afgebogen door microscopisch kleine bolvormige obstakels; die variatie vertoont met grotere fullereenmoleculen zoals C240, en wanneer deeltjes worden geëxciteerd naar hogere energieniveaus. Hervieux en Chakraborty hebben deze eigenschappen gemodelleerd door theoretische berekeningen van hoe diffractieresonantie de hoeken beïnvloedde waarover positronium wordt uitgezonden, als functie van de positron-inslagenergie. Hun resultaten bieden belangrijke inzichten voor de grote verscheidenheid aan onderzoekers die deze kortstondige structuren gebruiken. In toekomstige studies, het duo hoopt nu hun potentieel voor gebruik in echte experimenten verder te verkennen.