Elf uur laden, maanden observeren
Natuurkundigen van de Northwestern University hebben maandenlang één positron — de antimaterietweeling van het elektron — in een val gehouden en de kwantumtoestand stap voor stap beheerst. Het team noemt het apparaat een "one-positron quantum cyclotron". Hun resultaten verschenen op 21 oktober in Physical Review Letters.
Het deeltje op zijn plaats krijgen is traag werk. Het laden duurt acht tot elf uur, omdat de val een positron uit een bron moet vangen en koelen zonder dat het gewone materie raakt, waar het in een flits van gammastralen zou annihileren. Eenmaal gevangen zit het bij ongeveer 0,3 kelvin in een bijna perfect vacuüm, zwevend in gecombineerde elektrische en magnetische velden.
Waarom antimaterie moeilijk vast te houden is
In een cryogene Penningval is de beweging van het positron gekwantiseerd. Het team loste de laagste cyclotron- en spintoestanden op en gebruikte microgolven om energieniveaus te verhogen en de spin om te klappen, terwijl het op kleine frequentieverschuivingen lette. Thomas Myers, promovendus in het laboratorium van Gerald Gabrielse, is eerste auteur. De groep van Gabrielse gebruikte dezelfde aanpak met één elektron om het magnetische moment van het elektron tot ongeveer één op 10 biljoen te meten, een van de nauwkeurigste metingen ooit van een deeltje.
De meting die nog moet komen
Die vergelijking is het doel. Het Standaardmodel voorspelt dat een deeltje en zijn antimaterietweeling magnetische momenten moeten hebben die even groot en tegengesteld van teken zijn. Elk meetbaar verschil zou een symmetrie doorbreken die CPT heet en zou kunnen helpen verklaren waarom het universum zo weinig antimaterie bevat. De nieuwe val maakt de test mogelijk maar heeft die nog niet uitgevoerd. Onafhankelijke natuurkundigen noemen het platform een krachtige sonde in plaats van een afgerond resultaat.
De volgende stap is de elektronmeting herhalen met het positron en de twee getallen naast elkaar leggen, met een precisie die het standaardbeeld zou bevestigen of er een barst in zou slaan.