فيزيائيون يحتجزون بوزيتروناً واحداً في مصيدة لأشهر

إحدى عشرة ساعة للتحميل وأشهر للمراقبة

احتجز فيزيائيون في جامعة نورث وسترن بوزيتروناً واحداً — التوأم المضاد للمادة للإلكترون — في مصيدة لأشهر وتحكموا في حالته الكمومية قفزة واحدة في كل مرة. ويسمي الفريق الجهاز "سيكلوترون كمومي لبوزيترون واحد". وقد ظهرت نتائجهم في مجلة فيزيكال ريفيو ليترز في 21 أكتوبر.

وضع الجسيم في مكانه عمل بطيء. يستغرق التحميل بين ثماني وإحدى عشرة ساعة، لأن المصيدة يجب أن تلتقط بوزيتروناً من مصدر وتبرده دون أن تدعه يلامس المادة العادية، حيث سيفنى في ومضة من أشعة غاما. وبمجرد التقاطه، يستقر عند نحو 0.3 كلفن في فراغ شبه تام، معلقاً بمجالات كهربائية ومغناطيسية مشتركة.

لماذا يصعب احتجاز المادة المضادة

في مصيدة بينينغ المبردة تكون حركة البوزيترون مكمّاة. وقد حدد الفريق أدنى حالات السيكلوترون واللف المغزلي لديه واستخدم موجات ميكروية لرفع مستويات الطاقة وقلب اللف المغزلي، مراقباً تحولات ترددية دقيقة. توماس مايرز، طالب دكتوراه في مختبر جيرالد غابرييلسه، هو المؤلف الأول. وقد استخدم فريق غابرييلسه النهج نفسه مع إلكترون واحد لقياس العزم المغناطيسي للإلكترون بدقة تبلغ نحو جزء واحد في 10 تريليونات، وهي من أدق القياسات التي أُجريت على جسيم على الإطلاق.

القياس الذي لم يجرِ بعد

هذه المقارنة هي الهدف. يتوقع النموذج القياسي أن يكون للجسيم وتوأمه المضاد للمادة عزمان مغناطيسيان متساويان في المقدار ومتعاكسان في الإشارة. وأي فرق قابل للقياس من شأنه أن يكسر تناظراً يُسمى CPT وقد يساعد في تفسير سبب احتواء الكون على قدر ضئيل جداً من المادة المضادة. المصيدة الجديدة تجعل الاختبار ممكناً لكنها لم تجره بعد. ويصف فيزيائيون مستقلون المنصة بأنها مسبار قوي وليست نتيجة مكتملة.

الخطوة التالية هي تكرار قياس الإلكترون بالبوزيترون ووضع الرقمين جنباً إلى جنب، بدقة إما تؤكد الصورة القياسية أو تفتح شرخاً فيها.