Jedenaście godzin ładowania, miesiące obserwacji
Fizycy z Northwestern University utrzymywali pojedynczy pozyton — antymateryczny odpowiednik elektronu — w pułapce przez miesiące i kontrolowali jego stan kwantowy skok po skoku. Zespół nazywa to urządzenie „jednopozytonowym cyklotronem kwantowym". Ich wyniki ukazały się w Physical Review Letters 21 października.
Umieszczenie cząstki na miejscu to powolna praca. Ładowanie trwa od ośmiu do jedenastu godzin, ponieważ pułapka musi przechwycić pozyton ze źródła i schłodzić go, nie pozwalając mu dotknąć zwykłej materii, w której anihilowałby w błysku promieni gamma. Po schwytaniu spoczywa w temperaturze około 0,3 kelwina w niemal doskonałej próżni, zawieszony w połączonych polach elektrycznym i magnetycznym.
Dlaczego antymaterię trudno utrzymać
W kriogenicznej pułapce Penninga ruch pozytonu jest skwantowany. Zespół rozdzielił jego najniższe stany cyklotronowe i spinowe oraz użył mikrofal do podnoszenia poziomów energii i odwracania spinu, obserwując drobne przesunięcia częstotliwości. Thomas Myers, doktorant w laboratorium Geralda Gabrielse'a, jest pierwszym autorem. Grupa Gabrielse'a użyła tego samego podejścia z pojedynczym elektronem, aby zmierzyć moment magnetyczny elektronu z dokładnością około jednej części na 10 bilionów — jednym z najprecyzyjniejszych pomiarów cząstki, jakie kiedykolwiek wykonano.
Pomiar, który dopiero nastąpi
Właśnie o to porównanie chodzi. Model Standardowy przewiduje, że cząstka i jej antymateryczny odpowiednik powinny mieć momenty magnetyczne równe co do wielkości i przeciwne co do znaku. Jakakolwiek mierzalna różnica naruszyłaby symetrię zwaną CPT i mogłaby pomóc wyjaśnić, dlaczego wszechświat zawiera tak mało antymaterii. Nowa pułapka umożliwia ten test, ale jeszcze go nie przeprowadziła. Niezależni fizycy opisują tę platformę jako potężne narzędzie badawcze, a nie gotowy wynik.
Następnym krokiem jest powtórzenie pomiaru elektronu z pozytonem i zestawienie obu liczb obok siebie z precyzją, która albo potwierdzi standardowy obraz, albo otworzy w nim rysę.