Amerikaanse wetenschappers hebben een nuttige, alternatieve manier ontwikkeld om een elektron en zijn antideeltje samen een ander deeltje te laten vormen: positronium.

Elektronen zijn de lichte, negatief geladen deeltjes die je terugvindt in elk atoom. Exotischer zijn hun antideeltjes, de zogenoemde positronen, die dezelfde massa hebben maar positief geladen zijn. Normaal gesproken moet je elektronen en positronen bij elkaar vandaan houden, anders vernietigen ze elkaar. Maar ze kunnen ook samengaan tot positronium, een ‘atoom’ dat bestaat uit één elektron en één positron. Dit soort deeltjes konden we al een tijdje produceren in het lab. Maar natuurkundigen van de Universiteit van Californië te Riverside rapporteerden vorige week in Physical Review Letters over een nieuwe methode, die grote voordelen heeft ten opzichte van de huidige.

De beschreven methode begint met het veelgebruikte en goedkope element silicium. De wetenschappers maken daar eerst elektronen uit vrij met een laser, om direct daarna positronen op het siliciumoppervlak te plaatsen. Je zou dan verwachten dat elektronen en positronen elkaar direct zouden annihileren, maar in plaats daarvan vormen ze samen positroniumdeeltjes, die 142 nanoseconden lang bestaan. Ter vergelijking: een los positron zou het minder dan één nanoseconde overleven op het silicium.

De opstelling waarmee Californische wetenschappers op een nieuwe manier positronium wisten te maken. (Foto: David Cassidy/UC Riverside)

Op welke manier is dat een stap voorwaarts? “Het belangrijke punt van ons werk is niet dat we positronium kunnen maken; dat zouden we ook kunnen doen door het silicium simpelweg te verhitten”, legt natuurkundige David Cassidy uit, een van de onderzoekers. “Maar op deze manier hebben we er dankzij het gebruik van de laser volledige controle over. Hierdoor kunnen we bijvoorbeeld we een korte puls van positroniumdeeltjes maken, bij elke gewenste temperatuur. Dat is een groot voordeel voor veel experimenten die gebruik maken van positronium.”

In de toekomst hopen de onderzoekers hun positroniumatomen zo ver af te koelen dat ze zich niet meer als individuele deeltjes gedragen, maar als één ‘superatoom’, een zogenoemd Bose-Einsteincondensaat. Daarnaast is het werk van Cassidy en collega’s – iets praktischer – mogelijk te gebruiken om verbeteringen aan te brengen in PET-scanners, die positronen inzetten om driedimensionale beelden van het lichaam te maken.

Bronnen: Physical Review Letters (1), Physical Review Letters (2), UC Riverside

Beeld: Allen Mills/UC Riverside