Одиннадцать часов на загрузку, месяцы наблюдений
Физики Северо-Западного университета месяцами удерживали один позитрон — антивещественный двойник электрона — в ловушке и управляли его квантовым состоянием, переключая его шаг за шагом. Команда называет устройство «однопозитронным квантовым циклотроном». Результаты опубликованы в Physical Review Letters 21 октября.
Поместить частицу на место — медленная работа. Загрузка занимает от восьми до одиннадцати часов, потому что ловушка должна захватить позитрон из источника и охладить его, не позволив коснуться обычной материи, где он аннигилировал бы во вспышке гамма-лучей. После захвата он находится при температуре около 0,3 кельвина в почти идеальном вакууме, удерживаемый комбинированными электрическими и магнитными полями.
Почему антивещество трудно удержать
В криогенной ловушке Пеннинга движение позитрона квантовано. Команда разрешила его низшие циклотронные и спиновые состояния и с помощью микроволн повышала уровни энергии и переворачивала спин, отслеживая крошечные сдвиги частоты. Первый автор — Томас Майерс, аспирант лаборатории Джеральда Габриэлса. Группа Габриэлса использовала тот же подход с одним электроном, чтобы измерить магнитный момент электрона с точностью около одной части на 10 триллионов — одно из самых точных измерений частицы в истории.
Измерение, которое ещё предстоит
Именно в этом сравнении и смысл. Стандартная модель предсказывает, что частица и её антивещественный двойник должны иметь магнитные моменты, равные по величине и противоположные по знаку. Любое измеримое различие нарушило бы симметрию под названием CPT и могло бы помочь объяснить, почему во Вселенной так мало антивещества. Новая ловушка делает проверку возможной, но пока её не провела. Независимые физики называют платформу мощным инструментом, а не готовым результатом.
Следующий шаг — повторить измерение электрона с позитроном и сопоставить два числа с точностью, которая либо подтвердит стандартную картину, либо даст в ней трещину.