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Ao adaptar a tecnologia usada para a astronomia de raios gama, um grupo de pesquisadores experimentais descobriu que as transições de raios X que se pensava não serem polarizadas de acordo com a física atômica são, na verdade, altamente polarizadas, relata um novo estudo publicado na Cartas de revisão física em 15 de março.
Quando os elétrons se recombinam com íons altamente carregados, a polarização de raios X torna-se importante para testar a física atômica fundamental envolvendo efeitos eletrodinâmicos relativísticos e quânticos. Mas, até o momento, os pesquisadores experimentais têm sido desafiados pelas dificuldades técnicas que esses experimentos exigem.
Uma equipe de pesquisadores liderada pelo Instituto de Electro-Comunicações da Universidade de Laser Science Professor Nobuyuki Nakamura, e incluindo Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (Kavli IPMU) Professor Tadayuki Takahashi e estudante de pós-graduação Yutaka Tsuzuki, e Institute of Space and O professor associado de ciência astronáutica (ISAS/JAXA), Shin Watanabe, combinou com sucesso dois instrumentos e tecnologias de ponta para medir a polarização de raios X de alta energia emitidos quando íons altamente carregados capturam elétrons de alta energia.
A primeira é a armadilha de íons de feixe de elétrons da Tokyo-EBIT, que é um dos principais geradores de íons altamente carregados e instrumentos experimentais de propriedade da University of Electro-Communications, e a segunda é a Si/CdTe Compton Camera para alta energia raios-X, que foi desenvolvido para observações astronômicas principalmente no ISAS/JAXA e aprimorado para esta pesquisa.
A tecnologia por trás da Si/CdTe Compton Camera foi originalmente desenvolvida por uma equipe liderada por Takahashi para estudar raios-X e raios gama no universo liberados por buracos negros altamente energizados, supernovas e aglomerados de galáxias, e foi incorporada à Agência de Exploração Aeroespacial do Japão. (JAXA) Satélite ASTRO-H, lançado em 2016.
Takahashi estava procurando uma maneira de adaptar a tecnologia para outros campos. Após uma reunião com Nakamura, Takahashi começou a trabalhar no projeto do experimento de polarização de raios-X e na implementação da Si/CdTe Compton Camera no método.
Tsuzuki realizou grande parte da calibração e simulação da câmera Compton.
O professor associado da Universidade de Tsukuba, Xiao-Min Tong, o ilustre pesquisador Xiang Gao do Instituto de Física Aplicada e Matemática Computacional e o professor associado do Instituto Nacional de Ciência da Fusão Daiji Kato fizeram uma análise teórica dos resultados, que revelou que a polarização inesperadamente grande observada no experimento foi o resultado de efeitos de interferência quântica, onde as ondas de probabilidade da mecânica quântica interferem umas nas outras. Normalmente, os estados iniciais de duas ondas devem ser iguais para que ocorra a interferência, mas também foi revelado que a polarização observada foi causada por um efeito de interferência peculiar entre duas ondas com momentos angulares diferentes.
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