Elleve timer at indlæse, måneder at observere
Fysikere ved Northwestern University har holdt en enkelt positron — elektronens antistof-tvilling — i en fælde i månedsvis og kontrolleret dens kvantetilstand ét spring ad gangen. Holdet kalder enheden en "kvantecyklotron med én positron". Deres resultater blev offentliggjort i Physical Review Letters den 21. oktober.
Det er et langsomt arbejde at få partiklen på plads. Indlæsningen tager mellem otte og elleve timer, fordi fælden skal fange en positron fra en kilde og afkøle den uden at lade den røre ved almindeligt stof, hvor den ville annihilere i et gammaglimt. Når den er fanget, sidder den ved omkring 0,3 kelvin i et næsten perfekt vakuum, holdt svævende af kombinerede elektriske og magnetiske felter.
Hvorfor antistof er svært at holde fast
I en kryogen Penning-fælde er positronens bevægelse kvantiseret. Holdet opløste dens laveste cyklotron- og spin-tilstande og brugte mikrobølger til at hæve energiniveauerne og vende spinnet, mens de holdt øje med små frekvensforskydninger. Thomas Myers, ph.d.-studerende i Gerald Gabrielses laboratorium, er førsteforfatter. Gabrielses gruppe brugte samme tilgang med en enkelt elektron til at måle elektronens magnetiske moment til omkring én del ud af 10 billioner, blandt de mest præcise målinger nogensinde gjort af en partikel.
Målingen, der stadig mangler
Sammenligningen er hele pointen. Standardmodellen forudsiger, at en partikel og dens antistof-tvilling skal have magnetiske momenter, der er lige store og modsat rettede. Enhver målbar forskel ville bryde en symmetri kaldet CPT og kunne hjælpe med at forklare, hvorfor universet indeholder så lidt antistof. Den nye fælde gør testen mulig, men har ikke udført den endnu. Uafhængige fysikere beskriver platformen som en kraftfuld sonde snarere end et færdigt resultat.
Næste skridt er at gentage elektronmålingen med positronen og stille de to tal side om side med en præcision, der enten ville bekræfte det standardmæssige billede eller åbne en revne i det.