Mười một giờ để nạp, nhiều tháng để quan sát
Các nhà vật lý tại Đại học Northwestern đã giữ một positron — phản hạt của electron — trong một bẫy suốt nhiều tháng và điều khiển trạng thái lượng tử của nó từng bước nhảy một. Nhóm gọi thiết bị này là "cyclotron lượng tử một positron." Kết quả của họ được công bố trên Physical Review Letters ngày 21 tháng 10.
Việc đưa hạt vào đúng vị trí là công việc chậm. Việc nạp mất từ tám đến mười một giờ, vì bẫy phải bắt được một positron từ nguồn và làm lạnh nó mà không để nó chạm vào vật chất thông thường, nơi nó sẽ hủy cặp trong một tia chớp tia gamma. Sau khi bị bắt, nó nằm ở khoảng 0,3 kelvin trong chân không gần hoàn hảo, được treo lơ lửng bằng các điện trường và từ trường kết hợp.
Vì sao phản vật chất khó giữ
Trong một bẫy Penning đông lạnh, chuyển động của positron được lượng tử hóa. Nhóm đã phân giải các trạng thái cyclotron và spin thấp nhất của nó và dùng vi sóng để nâng mức năng lượng và lật spin, theo dõi những dịch chuyển tần số nhỏ. Thomas Myers, nghiên cứu sinh tiến sĩ trong phòng thí nghiệm của Gerald Gabrielse, là tác giả chính. Nhóm của Gabrielse đã dùng cùng cách tiếp cận với một electron đơn lẻ để đo mômen từ của electron với độ chính xác khoảng một phần 10 nghìn tỷ, một trong những phép đo chính xác nhất từng được thực hiện đối với một hạt.
Phép đo vẫn còn ở phía trước
So sánh đó chính là mục đích. Mô hình Chuẩn dự đoán rằng một hạt và phản hạt của nó phải có mômen từ bằng nhau về độ lớn và ngược dấu. Bất kỳ khác biệt nào đo được sẽ phá vỡ một đối xứng gọi là CPT và có thể giúp giải thích vì sao vũ trụ chứa quá ít phản vật chất. Bẫy mới giúp phép thử trở nên khả thi nhưng chưa thực hiện nó. Các nhà vật lý độc lập mô tả nền tảng này là một đầu dò mạnh mẽ chứ không phải một kết quả đã hoàn tất.
Bước tiếp theo là lặp lại phép đo electron với positron và đặt hai con số cạnh nhau, với độ chính xác đủ để hoặc xác nhận bức tranh chuẩn hoặc mở ra một vết nứt trong đó.