Lorsque des électrons entrent en collision avec des positons, leurs homologues de l'antimatière, des paires instables peuvent se former dans lesquelles les deux types de particules orbitent l'une autour de l'autre. Nommé 'positronium, Les physiciens ont maintenant produit cette structure intrigante en utilisant un large éventail de cibles de positons, des gaz atomiques aux films métalliques. Cependant, ils n'ont pas encore obtenu le même résultat à partir de vapeurs de nanoparticules, dont les propriétés uniques sont influencées par les « gaz » d'électrons libres qu'ils contiennent dans des conditions bien définies, régions nanoscopiques.

Dans une nouvelle recherche publiée dans EPJ D , Paul-Antoine Hervieux à l'Université de Strasbourg, France et Himadri Chakraborty à la Northwest Missouri State University, ETATS-UNIS, révéler les caractéristiques de la formation de positronium au sein de nanoparticules en forme de ballon de football, C60, pour la première fois. À des énergies d'impact de positons spécifiques, ils montrent que l'émission de positronium domine dans la même direction que les antiparticules entrantes.

Communément appelé buckminsterfullerène, ou 'buckyballs, ' C60 est stable, facilement synthétisé et durable à température ambiante. Grâce à ces propriétés utiles, Les découvertes de Hervieux et Chakraborty pourraient avoir des implications importantes pour des domaines tels que l'astrophysique, physique des matériaux, et la recherche pharmaceutique. En particulier, ils pourraient offrir des améliorations dans les tests sur la façon dont l'antimatière réagit à la gravité, qui peut impliquer des structures comprenant des atomes de dipositronium et d'antihydrogène; dont chacun contient du positronium dans les premières étapes de leur processus de fabrication.

Lorsque les positons de certaines énergies approchent des buckyballs à des angles allant jusqu'à 10 degrés, les physiciens ont montré qu'une série de les signaux de positronium orientés vers l'avant résultaient de la « résonance de diffraction » des particules. L'effet est comparable à la façon dont la lumière est diffractée par des obstructions sphériques microscopiques; montrant une variation avec des molécules de fullerène plus grosses comme C240, et lorsque les particules sont excitées à des niveaux d'énergie plus élevés. Hervieux et Chakraborty ont modélisé ces propriétés par des calculs théoriques de la façon dont la résonance de diffraction a affecté les angles sur lesquels le positronium est émis, en fonction de l'énergie d'impact des positons. Leurs résultats offrent des informations importantes pour la grande variété de chercheurs qui utilisent ces structures à courte durée de vie. Dans les études futures, le duo espère maintenant explorer davantage leur potentiel pour une utilisation dans des expériences réelles.