Φυσικοί παγίδευσαν ένα μόνο σωματίδιο αντιύλης για μήνες

Φυσικοί στο Northwestern University παγίδευσαν ένα μόνο ποζιτρόνιο, το αντίστοιχο σωματίδιο αντιύλης του ηλεκτρονίου, και το ψύξαν στη θεμελιώδη κβαντική του κατάσταση μέσα σε μια παγίδα Penning. Η ομάδα ονομάζει τη συσκευή "κβαντικό κυκλοτρόνιο ενός ποζιτρονίου" και το σωματίδιο παρέμεινε περιορισμένο για μήνες. Η μελέτη, με επικεφαλής τον Gerald Gabrielse, δημοσιεύθηκε την Τετάρτη 21 Οκτωβρίου στο Physical Review Letters. Οι ερευνητές θέλουν να χρησιμοποιήσουν τη συσκευή για να μετρήσουν τη μαγνητική ροπή του ποζιτρονίου και να τη συγκρίνουν με εκείνη του ηλεκτρονίου. Αυτή η σύγκριση θα έλεγχε μια βασική συμμετρία του Καθιερωμένου Προτύπου.phys.org+2

Παγιδεύοντας αντιύλη χωρίς τοιχώματα

Τα ποζιτρόνια προέρχονται από ραδιενεργό νάτριο-22, το οποίο τα εκπέμπει με ενέργειες έως και 546 κιλο-ηλεκτρονιοβόλτ. Η παγίδα διατηρείται στους 300 millikelvin, θερμοκρασία που αντιστοιχεί σε θερμική ενέργεια πάνω από 10 τάξεις μεγέθους χαμηλότερη. Τα ποζιτρόνια επιβραδύνονται αρχικά σε έναν επιβραδυντή βολφραμίου. Ορισμένα στη συνέχεια προσλαμβάνουν ένα ηλεκτρόνιο και σχηματίζουν ηλεκτρικά ουδέτερο ποζιτρόνιο, το οποίο μπορεί να περάσει μέσα από ένα άνοιγμα 625 μικρομέτρων στην σχεδόν κλειστή κοιλότητα μικροκυμάτων της παγίδας. Στο εσωτερικό, το ηλεκτρικό πεδίο της παγίδας απομακρύνει το ηλεκτρόνιο και το ποζιτρόνιο παραμένει μέσα. Η φόρτωση ενός μόνο ποζιτρονίου διαρκεί επί του παρόντος 8 έως 11 ώρες.physics.aps.org

"Αν θέλεις να κρατήσεις αντιύλη, πρέπει να την κρατήσεις σε ένα δοχείο χωρίς τοιχώματα", δήλωσε ο Gabrielse στο Scientific American. Η ομάδα έδειξε επίσης ότι θα μπορούσε να προσθέσει ακριβείς ποσότητες ενέργειας με συντονισμένα μικροκύματα και να ανιχνεύσει τα μεμονωμένα κβαντικά άλματα του ποζιτρονίου. Ο Thomas Myers, διδακτορικός φοιτητής, είναι ο πρώτος συγγραφέας της εργασίας.scientificamerican.com+1

Ένα τεστ καθρέφτη για το Καθιερωμένο Πρότυπο

Η ομάδα του Gabrielse έχει ήδη χρησιμοποιήσει ένα κβαντικό κυκλοτρόνιο ενός ηλεκτρονίου για να μετρήσει τη μαγνητική ροπή του ηλεκτρονίου με ακρίβεια περίπου ενός μέρους στα 10 τρισεκατομμύρια. Η μέτρηση του ποζιτρονίου έχει μείνει πίσω. Η καλύτερη σύγκριση ηλεκτρονίου-ποζιτρονίου προέρχεται ακόμα από ένα πείραμα του 1987, το οποίο διαπίστωσε ότι οι δύο παράγοντες g είναι ίσοι με ακρίβεια 2,1 μερών ανά τρισεκατομμύριο. Ο φυσικός του ETH Zurich, Paolo Crivelli, έγραψε ότι η νέα συσκευή ανοίγει τον δρόμο για μια 30πλάσια αύξηση της ακρίβειας για το ποζιτρόνιο.phys.org+1

Σύμφωνα με τη συμμετρία CPT, ένα σωματίδιο και το αντισωματίδιό του θα πρέπει να έχουν μαγνητικές ροπές ίσες σε μέγεθος και αντίθετες σε πρόσημο. Μια επιβεβαιωμένη διαφορά "θα αμφισβητούσε τα ίδια τα θεμέλια" της σχετικιστικής κβαντικής θεωρίας πεδίου, έγραψε ο Crivelli. Θα μπορούσε επίσης να βοηθήσει στην εξήγηση του γιατί το σύμπαν περιέχει πολύ περισσότερη ύλη από αντιύλη. Ο θεωρητικός του Fermilab, Roni Harnik, ο οποίος δεν συμμετείχε στην εργασία, το χαρακτήρισε "μια συναρπαστική εξέλιξη που θα μας επιτρέψει να ελέγξουμε μια βασική συμμετρία".physics.aps.org+1

"Οι τρέχουσες θεωρίες υποδηλώνουν ότι δεν θα υπάρξει διαφορά στις δύο μετρήσεις", είπε ο Gabrielse. "Αν αποδειχθεί ότι δεν είναι ίσες, αυτή θα είναι η μεγαλύτερη ανακάλυψη στη φυσική του τελευταίου αιώνα".phys.org