Universum är nästan saknat antimateria, och fysiker har ännu inte fattat varför. Att upptäcka någon liten skillnad mellan beteendet hos antimateria och materia i jordens gravitationsfält kan belysa denna fråga. Positroniumatomer, som består av en elektron och en positron, är en typ av antimaterialatomer som övervägs för att testa om antimateria faller i samma takt som materia i jordens gravitationsfält. Men de är kortlivade, varar bara 142 nanosekunder - för lite för att utföra ett gravitationsexperiment. Forskare söker därför aktivt knep för att göra källor till positroniumatomer som lever längre. I ett papper publicerat idag i tidningen Fysisk granskning A , AEgIS-samarbetet på CERN beskriver ett nytt sätt att göra positronium med lång livslängd.

För att vara användbar för gravitationsexperimenter, en källa till positroniumatomer behöver producera långlivade atomer i stort antal, och med kända hastigheter som kan kontrolleras och är opåverkade av störningar såsom elektriska och magnetiska fält. Den nya AEgIS -källan bockar alla dessa rutor, producerar cirka 80 000 positroniumatomer per minut som varar 1140 nanosekunder vardera och har en känd hastighet (mellan 70 och 120 kilometer per sekund) som kan styras med hög precision (10 kilometer per sekund).

Tricket? Med hjälp av en speciell positron-till-positronium-omvandlare för att producera atomerna och en enda blixt av ultraviolett laserljus som dödar två fåglar i en smäll. Lasern tar med atomerna från det elektroniska läget med lägst energi till ett långlivat tillstånd med högre energi och kan bara välja bland alla atomer med en viss hastighet.

Detta är inte första gången som forskare producerar en källa till positroniumatomer med lång livslängd. Det finns andra tekniker som gör det, inklusive en som involverar att föra atomerna till elektroniska tillstånd som kallas Rydberg -stater, och som också kan användas för att utföra gravitationsexperiment med positronium. Men alla dessa är mycket känsliga för elektriska och magnetiska fält, som påverkar atomernas hastighet och som skulle behöva tas med i framtida gravitationsmätningar. Den nya metoden som utarbetats av AEGIS är "renare, "genom att det är nästan okänsligt för dessa områden.

Nästa steg på den långa vägen för att mäta tyngdkraftens effekt på positronium med den nya AEgIS -källan (AEgIS -teamet och andra CERN -samarbeten planerar främst att göra mätningar med väteatomer) kommer att vara att bekräfta att de producerade atomerna är elektriskt neutrala. CERNs acceleratorkomplex stängs för närvarande för ett större tvåårigt uppgraderingsprogram, så de flesta experiment på laboratoriet, som kräver en stråle av protoner, har upphört att fungera under denna period. En fördel med detta positronium -experiment är att det inte kräver protoner, så den kan fortsätta att användas under avstängningen.