När elektroner kolliderar med positroner, deras antimateria -motsvarigheter, instabila par kan bildas där båda typerna av partiklar kretsar runt varandra. Heter 'positronium, 'fysiker har nu tagit fram denna spännande struktur med hjälp av en mängd olika positronmål - från atomgaser till metallfilmer. Dock, de har ännu inte uppnått samma resultat från ångor från nanopartiklar, vars unika egenskaper påverkas av 'gaserna' av fria elektroner som de innehåller i väldefinierade, nanoskopiska regioner.

I ny forskning publicerad i EPJ D. , Paul-Antoine Hervieux vid universitetet i Strasbourg, Frankrike och Himadri Chakraborty vid Northwest Missouri State University, USA, avslöja egenskaperna hos positroniumbildning i fotbollsformade nanopartiklar, C60, för första gången. Vid specifika positroneffekter, de visar att positroniumutsläpp dominerar i samma riktning som de inkommande antipartiklarna.

Vanligen känd som buckminsterfullerene, eller 'buckyballs, 'C60 är stabil, lätt syntetiseras och hållbart vid rumstemperatur. Tack vare dessa användbara egenskaper, Hervieux och Chakrabortys fynd kan ha viktiga konsekvenser för områden inklusive astrofysik, materialfysik, och läkemedelsforskning. Särskilt, de kan erbjuda förbättringar i tester av hur antimateria reagerar på gravitationen, som kan innefatta strukturer inklusive dipositronium- och väteatomer; som alla har positronium i de första stegen i deras tillverkningsprocesser.

När positroner med vissa energier närmar sig buckybollar i vinklar på upp till 10 grader, fysikerna visade att en rad smala, framåtriktade positroniumsignaler berodde på partiklarnas 'diffraktionsresonans'. Effekten är jämförbar med hur ljuset diffrakteras av mikroskopiska sfäriska hinder; visar variation med större fullerenmolekyler som C240, och när partiklar exciteras till högre energinivåer. Hervieux och Chakraborty modellerade dessa egenskaper genom teoretiska beräkningar av hur diffraktionsresonans påverkade de vinklar över vilka positronium avges, som en funktion av positronenergin. Deras resultat ger viktiga insikter för de många forskare som använder dessa kortlivade strukturer. I framtida studier, duon hoppas nu att ytterligare utforska deras potential för användning i riktiga experiment.