Northwestern Üniversitesi'ndeki fizikçiler, elektronun antimadde ikizi olan tek bir pozitronu tuzağa düşürdü ve kuantum durumlarını tek tek sıçramalar hâlinde okuyarak aylarca tuttu.
21 Ekim'de Physical Review Letters'ta yayımlanan çalışma, ilk "tek pozitronlu kuantum siklotronunu" tanımlıyor. Ekibe fizik profesörü Gerald Gabrielse liderlik etti; laboratuvarındaki doktora öğrencisi Thomas Myers birinci yazar.
Antimaddeyi tutmak neden zor
Bir pozitron sıradan maddeyle karşılaştığı anda yok olur. Birini incelemek için yavaşlatılması, yakalanması ve her yüzeyden uzak tutulması gerekir. Ekip radyoaktif bozunmada oluşan pozitronları topladı, yavaşlattı ve tek bir parçacığı kapalı bir vakum kabı içindeki elektrik ve manyetik alanlardan oluşan bir Penning tuzağına yükledi.
Yükleme sekiz ile on bir saat arasında sürüyor. Yakalandıktan sonra parçacık aylarca kaldı; tekrarlanan ölçümleri mümkün kılan da bu.
Kuantum adımlarını görecek kadar soğuk
Bir seyreltme soğutucusu tuzağı mutlak sıfırın çok az üzerinde, yaklaşık 300 milikelvin'e soğuttu. Bu sıcaklıkta pozitronun dairesel hareketi en düşük kuantum düzeyine yerleşiyor; böylece her yukarı veya aşağı adım mikrodalgalarla tetiklenebiliyor ve frekanstaki küçük bir kayma olarak tespit edilebiliyor.
Aynı teknik, grubun tek bir elektronla mükemmelleştirmesi yaklaşık 20 yıl sürdü. Antimaddeyle yapmak bir sorun daha ekliyor: vakum, parçacığın hiçbir zaman başıboş bir atoma değmeyeceği kadar iyi olmalı ve tuzak aylarca ayar yapılmadan kararlı kalmalı.
Henüz yapılacak ölçüm
Elektronun manyetik momenti, fizikteki en kesin sayılardan biri olarak trilyonda bir hassasiyetle ölçüldü. Gabrielse şimdi aynı ölçümü pozitron için planlıyor, ardından baş başa bir karşılaştırma yapacak.
Bu karşılaştırma, madde ile antimaddenin yük, parite ve zaman ters çevrildiğinde aynı davranması gerektiğini söyleyen CPT simetrisini sınıyor. İki manyetik moment farklı çıkarsa, bu fark standart modelin ötesinde bir fiziğe işaret edebilir ve evrenin neden neredeyse hiç antimadde kalmaksızın maddeden oluştuğunu açıklamaya yardımcı olabilir.