Undici ore per caricarlo, mesi per osservarlo
I fisici della Northwestern University hanno tenuto un singolo positrone — il gemello di antimateria dell'elettrone — in una trappola per mesi e ne hanno controllato lo stato quantistico un salto alla volta. Il team chiama il dispositivo "ciclotrone quantistico a un positrone". I risultati sono apparsi su Physical Review Letters il 21 ottobre.
Mettere la particella al suo posto è un lavoro lento. Il caricamento richiede tra le otto e le undici ore, perché la trappola deve catturare un positrone da una sorgente e raffreddarlo senza lasciarlo toccare la materia ordinaria, dove annichilirebbe in un lampo di raggi gamma. Una volta catturato, resta a circa 0,3 kelvin in un vuoto quasi perfetto, sospeso da campi elettrici e magnetici combinati.
Perché l'antimateria è difficile da trattenere
In una trappola Penning criogenica il moto del positrone è quantizzato. Il team ha risolto i suoi stati ciclotronici e di spin più bassi e ha usato le microonde per alzare i livelli di energia e invertire lo spin, osservando minuscoli spostamenti di frequenza. Thomas Myers, dottorando nel laboratorio di Gerald Gabrielse, è il primo autore. Il gruppo di Gabrielse ha usato lo stesso approccio con un singolo elettrone per misurare il momento magnetico dell'elettrone con una precisione di circa una parte su 10 trilioni, tra le misurazioni più precise mai effettuate su una particella.
La misura ancora da fare
È proprio questo confronto il punto. Il Modello Standard prevede che una particella e il suo gemello di antimateria debbano avere momenti magnetici uguali in grandezza e opposti in segno. Qualsiasi differenza misurabile infrangerebbe una simmetria chiamata CPT e potrebbe aiutare a spiegare perché l'universo contiene così poca antimateria. La nuova trappola rende possibile il test ma non lo ha ancora eseguito. Fisici indipendenti descrivono la piattaforma come una potente sonda più che come un risultato definitivo.
Il prossimo passo è ripetere la misurazione dell'elettrone con il positrone e mettere i due numeri a confronto, con una precisione che potrebbe confermare il quadro standard o aprire una crepa.