Elva timmar att ladda, månader att observera
Fysiker vid Northwestern University har hållit en enda positron — elektronens antimateriatvilling — i en fälla i månader och kontrollerat dess kvanttillstånd ett hopp i taget. Teamet kallar anordningen en "kvantcyklotron med en positron". Deras resultat publicerades i Physical Review Letters den 21 oktober.
Att få partikeln på plats är långsamt arbete. Laddningen tar mellan åtta och elva timmar, eftersom fällan måste fånga en positron från en källa och kyla den utan att låta den röra vid vanlig materia, där den skulle annihilera i en blixt av gammastrålar. Väl fångad sitter den vid omkring 0,3 kelvin i ett nära perfekt vakuum, svävande i kombinerade elektriska och magnetiska fält.
Varför antimateria är svårt att hålla
I en kryogen Penning-fälla är positronens rörelse kvantiserad. Teamet löste upp dess lägsta cyklotron- och spinnivåer och använde mikrovågor för att höja energinivåerna och vända spinnet, medan de bevakade små frekvensskiftningar. Thomas Myers, doktorand i Gerald Gabrielses laboratorium, är förstaförfattare. Gabrielses grupp använde samma metod med en enda elektron för att mäta elektronens magnetiska moment till omkring en del på 10 biljoner, bland de mest exakta mätningar som någonsin gjorts av en partikel.
Mätningen som återstår
Den jämförelsen är poängen. Standardmodellen förutspår att en partikel och dess antimateriatvilling ska ha magnetiska moment som är lika stora och motsatta i tecken. Varje mätbar skillnad skulle bryta en symmetri som kallas CPT och skulle kunna hjälpa till att förklara varför universum innehåller så lite antimateria. Den nya fällan gör testet möjligt men har inte utfört det ännu. Oberoende fysiker beskriver plattformen som en kraftfull sond snarare än ett färdigt resultat.
Nästa steg är att upprepa elektronmätningen med positronen och ställa de två talen sida vid sida, med en precision som antingen skulle bekräfta standardbilden eller öppna en spricka i den.