En fysiker vid University of California, Riverside, har utfört beräkningar som visar ihåliga sfäriska bubblor fyllda med en gas av positroniumatomer är stabila i flytande helium.

Beräkningarna tar forskare ett steg närmare att förverkliga en gammastrålaser, som kan ha tillämpningar inom medicinsk bildbehandling, rymdskeppsdrivning, och cancerbehandling.

Extremt kortlivad och bara kortvarig, positronium är en väteliknande atom och en blandning av materia och antimateria-specifikt bundna tillstånd av elektroner och deras antipartiklar som kallas positroner. För att skapa en gammastrålelaserstråle, positronium måste vara i ett tillstånd som kallas ett Bose-Einstein-kondensat-en samling positroniumatomer i samma kvanttillstånd, möjliggör fler interaktioner och gammastrålning. Ett sådant kondensat är nyckelkomponenten i en gammastrålaser.

"Mina beräkningar visar att en bubbla i flytande helium som innehåller en miljon atomer av positronium skulle ha en siffertäthet sex gånger den för vanlig luft och skulle existera som ett materia-antimateria-Bose-Einstein-kondensat, "sa Allen Mills, en professor vid Institutionen för fysik och astronomi och ensam författare till studien som visas idag Fysisk granskning A .

Helium, det näst vanligaste elementet i universum, existerar i flytande form endast vid extremt låga temperaturer. Mills förklarade helium har en negativ affinitet för positronium; bubblor bildas i flytande helium eftersom helium stöter bort positronium. Positroniums långa livstid i flytande helium rapporterades första gången 1957.

När en elektron möter en positron, deras ömsesidiga förintelse kan vara ett resultat, åtföljs av produktion av en kraftfull och energisk typ av elektromagnetisk strålning som kallas gammastrålning. Ett andra resultat är bildandet av positronium.

Kvarnar, som leder Positron Laboratory vid UC Riverside, sa att labbet konfigurerar en antimateriell stråle i ett strävan att producera de exotiska bubblorna i flytande helium som Mills beräkningar förutsäger. Sådana bubblor kan fungera som en källa till positronium Bose-Einstein-kondensat.

"Resultat på kort sikt av våra experiment kan vara observation av positroniumtunnel genom ett grafenark, som är ogenomtränglig för alla atomer i vanlig materia, inklusive helium, liksom bildandet av en positroniumatomlaserstråle med möjliga kvantberäkningsapplikationer, Sa Mills.