Atualmente, um dos principais objetivos da ciência ultracold é resfriar os átomos de anti-hidrogênio ao mais próximo do zero absoluto possível. O anti-hidrogênio ultracold abriria o caminho para experimentos de antimatéria ultraprecisos que poderiam ajudar a responder algumas das perguntas mais desconcertantes sobre a antimatéria. Por exemplo, como a gravidade atua sobre a antimatéria? Por que não vemos antimatéria no universo? E seria possível criar antiatomas de todos os elementos da tabela periódica no laboratório?

Em um novo artigo publicado em Cartas de revisão física , uma equipe de físicos da Alemanha e dos Estados Unidos investigou um dos candidatos mais promissores para o anti-hidrogênio de pré-resfriamento, que é o íon de lantânio carregado negativamente.

A razão pela qual os ânions de lantânio podem desempenhar um papel fundamental em experimentos de antimatéria é que eles têm as propriedades eletrônicas certas para passar pelo resfriamento a laser, um procedimento que pode resfriar um sistema até algumas das temperaturas mais baixas possíveis. Uma vez que os ânions de lantânio são resfriados a laser, eles podem então ser usados ​​para resfriar antiprótons simpaticamente, que são um dos dois constituintes básicos dos átomos de anti-hidrogênio (o outro é o pósitron, que é um elétron carregado positivamente). O anti-hidrogênio ultracold pode então ser produzido a partir dos antiprótons que foram resfriados simpaticamente pelos ânions resfriados a laser.

Para implementar com sucesso esta abordagem, Contudo, é necessário investigar várias propriedades do ânion lantânio no que se refere ao resfriamento a laser. Como os cientistas explicam no novo artigo, a complicada estrutura eletrônica dos ânions de lantânio torna este tipo de análise muito desafiador, e os esforços anteriores resultaram em grandes inconsistências entre os dados teóricos e experimentais.

Para enfrentar esses desafios, os cientistas realizaram novos experimentos usando técnicas de espectroscopia de ponta, e também apresentou uma nova abordagem teórica. Em sua abordagem teórica, eles separaram o tratamento das correlações eletrônicas em dois problemas. Como o ânion lantânio tem 58 elétrons, os pesquisadores trataram o ânion lantânio como um núcleo semelhante ao xenônio (com 54 elétrons) com quatro elétrons de valência adicionais. Ao abordar os elétrons centrais e os elétrons de valência separadamente, eles foram capazes de calcular dados teóricos que correspondiam intimamente aos dados experimentais. Um dos resultados encorajadores foi que eles encontraram uma transição de resfriamento mais forte do que o esperado, o que sugere o potencial promissor dos ânions de lantânio para a produção de anti-hidrogênio ultracold.

"Agora caracterizamos totalmente a transição relevante no ânion lantânio, incluindo todos os seus canais de decaimento, e saiba que o íon pode ser resfriado a laser. Exatamente 40 anos após o primeiro resfriamento a laser de um íon positivo, o resfriamento a laser de um íon negativo está chegando, "co-autor Alban Kellerbauer, no Instituto Max Planck de Física Nuclear, contado Phys.org . "Para resumir, medimos com precisão a frequência de transição e, mais importante, a seção transversal (que pode ser usada para calcular diretamente a taxa de transição). Os cálculos teóricos foram principalmente nas taxas de ramificação e também nas taxas de transição, incluindo o medido da transição de resfriamento do laser. Os valores calculados e medidos (do coeficiente de Einstein, que é mais uma forma de expressar a seção transversal / taxa) concordam bem, que suporta as incertezas muito menores dos valores calculados em comparação com os esforços anteriores. "

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