科学

物理学家将单个正电子困在阱中数月

4 次浏览

装载需十一小时,观测持续数月

西北大学物理学家将单个正电子——电子的反物质对应物——困在阱中数月,并逐次跳跃地控制其量子态。团队称该装置为“单正电子量子回旋加速器”。他们的结果于10月21日发表在《物理评论快报》上。

将粒子安置到位是缓慢的工作。装载需要八到十一小时,因为阱必须从源中捕获正电子并冷却它,同时不让它接触普通物质——否则它会在一阵伽马射线中湮灭。一旦被捕获,它在近乎完美的真空中以约0.3开尔文的温度悬浮于电场和磁场的组合之中。

反物质为何难以保存

在低温彭宁阱中,正电子的运动是量子化的。团队分辨出其最低回旋态和自旋态,并用微波提升能级和翻转自旋,观察微小的频率偏移。杰拉尔德·加布里埃尔斯实验室的博士生托马斯·迈尔斯是第一作者。加布里埃尔斯团队曾用同样方法测量单个电子的磁矩,精度约为万亿分之一,是有史以来对粒子最精确的测量之一。

尚待进行的测量

这种比较才是关键。标准模型预测粒子和其反物质对应物应具有大小相等、符号相反的磁矩。任何可测量的差异都将破坏称为CPT的对称性,并可能有助于解释宇宙为何含有如此少的反物质。新阱使这一检验成为可能,但尚未进行。独立物理学家称该平台是强大的探针,而非已完成的成果。

下一步是用正电子重复电子测量,将两个数字并排比较,其精度要么证实标准图景,要么在其中打开一道裂缝。

来源: Northwestern University