Físicos de la Universidad Northwestern han atrapado un solo positrón, el gemelo de antimateria del electrón, y lo han mantenido durante meses mientras leían sus estados cuánticos salto a salto.
El trabajo, publicado en Physical Review Letters el 21 de octubre, describe el primer "ciclotrón cuántico de un solo positrón". Gerald Gabrielse, profesor de física, dirigió el equipo; Thomas Myers, estudiante de doctorado en su laboratorio, es el primer autor.
Por qué es difícil retener la antimateria
Un positrón desaparece en el instante en que se encuentra con materia ordinaria. Para estudiar uno, hay que frenarlo, capturarlo y mantenerlo alejado de toda superficie. El equipo recogió positrones producidos en desintegración radiactiva, los frenó y cargó una sola partícula en una trampa de Penning: un conjunto de campos eléctricos y magnéticos dentro de un recipiente de vacío sellado.
La carga tarda entre ocho y once horas. Una vez capturada, la partícula permaneció durante meses, lo que hace posibles las mediciones repetidas.
Frío suficiente para ver pasos cuánticos
Un refrigerador de dilución enfrió la trampa hasta unos 300 milikelvin, una fracción de grado por encima del cero absoluto. A esa temperatura, el movimiento circular del positrón se asienta en su nivel cuántico más bajo, de modo que cada paso hacia arriba o hacia abajo puede inducirse con microondas y detectarse como un pequeño cambio de frecuencia.
El grupo tardó unos 20 años en perfeccionar la misma técnica con un solo electrón. Hacerlo con antimateria añade un problema: el vacío debe ser lo bastante bueno para que la partícula nunca toque un átomo perdido, y la trampa debe ser estable durante meses sin ajustes.
La medición que aún está por llegar
El momento magnético del electrón se ha medido con una precisión de aproximadamente una parte en diez billones, una de las cifras más precisas de la física. Gabrielse planea ahora la misma medición para el positrón y después una comparación directa.
Esa comparación pone a prueba la simetría CPT, la regla de que la materia y la antimateria deben comportarse de forma idéntica cuando se invierten la carga, la paridad y el tiempo. Si los dos momentos magnéticos difieren, la diferencia apuntaría a una física más allá del modelo estándar y podría ayudar a explicar por qué el universo está hecho de materia con casi nada de antimateria restante.
El equipo aún no ha encontrado tal diferencia. Por ahora el resultado es el control: una antipartícula, mantenida lo bastante quieta para observarla, y una plataforma de medición que no existía antes.