Al adaptar la tecnología utilizada para la astronomía de rayos gamma, un grupo de investigadores experimentales descubrió que las transiciones de rayos X que antes se pensaba que no estaban polarizadas según la física atómica, de hecho están altamente polarizadas, informa un nuevo estudio publicado en Physical Review Letters el 15 Marzo.

Cuando los electrones se recombinan con iones altamente cargados, la polarización de rayos X se vuelve importante para probar la física atómica fundamental que involucra efectos electrodinámicos cuánticos y relativistas. Pero hasta la fecha, los investigadores experimentales se han visto desafiados por las dificultades técnicas que requieren estos experimentos.

Un equipo de investigadores dirigido por el Instituto de Ciencias de Láser de la Universidad de Electrocomunicaciones, el profesor Nobuyuki Nakamura, e incluido el Instituto Kavli para la Física y Matemáticas del Universo (Kavli IPMU), el profesor Tadayuki Takahashi y el estudiante graduado Yutaka Tsuzuki, y el Instituto de Ciencias del Espacio y El profesor asociado de Ciencias Astronáuticas (ISAS/JAXA), Shin Watanabe, combinó con éxito dos instrumentos y tecnologías de última generación para medir la polarización de los rayos X de alta energía emitidos cuando los iones altamente cargados capturan electrones de alta energía.

El primero es la trampa de iones de haz de electrones Tokyo-EBIT, que es uno de los principales generadores de iones altamente cargados e instrumentos experimentales del mundo propiedad de la Universidad de Electro-Comunicaciones, y el segundo es la cámara Compton Si/CdTe para alta energía. X-rays, que fue desarrollado para observaciones astronómicas principalmente en ISAS/JAXA y mejorado para esta investigación.

La tecnología detrás de la cámara Si/CdTe Compton fue desarrollada originalmente por un equipo dirigido por Takahashi para estudiar los rayos X y los rayos gamma en el universo emitidos por agujeros negros altamente energizados, supernovas y cúmulos de galaxias, y se incorporó a la Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón. (JAXA) Satélite ASTRO-H, lanzado en 2016.

Takahashi había estado buscando una manera de adaptar la tecnología a otros campos. Después de una reunión con Nakamura, Takahashi comenzó a trabajar en el diseño del experimento de polarización de rayos X y en la implementación de la cámara Si/CdTe Compton en el método.

Tsuzuki realizó gran parte de la calibración y simulación de la cámara Compton.

El Profesor Asociado de la Universidad de Tsukuba, Xiao-Min Tong, el Investigador Distinguido del Instituto de Física Aplicada y Matemáticas Computacionales, Xiang Gao, y el Profesor Asociado del Instituto Nacional de Ciencias de la Fusión, Daiji Kato, realizaron un análisis teórico de los resultados, que reveló que la polarización inesperadamente grande observada en el El experimento fue el resultado de los efectos de interferencia cuántica, donde las ondas de probabilidad de la mecánica cuántica interfieren entre sí. Normalmente, los estados iniciales de dos ondas deben ser iguales para que ocurra la interferencia, pero también se reveló que la polarización observada fue causada por un efecto de interferencia peculiar entre dos ondas con diferentes momentos angulares.