Fyysikot vangitsivat yksittäisen antihiukkasen kuukausiksi

Northwesternin yliopiston fyysikot ovat vanginneet yksittäisen positronin, elektronin antihiukkasen, ja jäähdyttäneet sen kvanttitilaansa Penningin ansan sisällä. Tutkimusryhmä kutsuu laitetta "yhden positronin kvanttisyklotroniksi", ja hiukkanen on pysynyt vangittuna kuukausien ajan. Gerald Gabrielsen johtama tutkimus julkaistiin keskiviikkona 21. lokakuuta Physical Review Letters -lehdessä. Tutkijat haluavat käyttää laitetta positronin magneettisen momentin mittaamiseen ja sen vertaamiseen elektronin vastaavaan. Tämä vertailu testaisi Standardimallin perussymmetriaa.phys.org+2

Antiaineen pyydystäminen ilman seiniä

Positronit tulevat radioaktiivisesta natrium-22:sta, joka lähettää niitä jopa 546 kilo-elektronivoltin energialla. Ansa pidetään 300 millikelvinin lämpötilassa, mikä vastaa yli 10 kertaluokkaa pienempää lämpöenergiaa. Positronit hidastetaan ensin volframimoderaattorissa. Jotkut niistä nappaavat elektronin ja muodostavat sähköisesti neutraalia positroniumia, joka voi kulkea 625 mikrometrin aukon läpi ansan lähes suljettuun mikroaaltokammioon. Sisällä ansan sähkökenttä vetää elektronin pois ja positroni jää jäljelle. Yhden positronin lataaminen kestää tällä hetkellä 8–11 tuntia.physics.aps.org

"Jos haluat pitää kiinni antiaineesta, sinun on pidettävä se säiliössä ilman seiniä", Gabrielse kertoi Scientific Americanille. Ryhmä osoitti myös voivansa lisätä tarkkoja määriä energiaa viritetyillä mikroaalloilla ja havaita positronin yksittäiset kvanttihypyt. Väitöskirjatutkija Thomas Myers on artikkelin pääkirjoittaja.scientificamerican.com+1

Peilitesti Standardimallille

Gabrielsen ryhmä on jo aiemmin käyttänyt yhden elektronin kvanttisyklotronia elektronin magneettisen momentin mittaamiseen noin 10 biljoonasosan tarkkuudella. Positronin mittaus on jäänyt jälkeen. Paras elektroni-positroni-vertailu on edelleen peräisin vuoden 1987 kokeesta, jossa havaittiin g-tekijöiden olevan yhtä suuret 2,1 biljoonasosan tarkkuudella. ETH Zürichin fyysikko Paolo Crivelli kirjoitti, että uusi laite avaa tien 30-kertaiseen tarkkuuden parannukseen positronin kohdalla.phys.org+1

CPT-symmetrian mukaan hiukkasella ja sen antihiukkasella tulisi olla magneettiset momentit, jotka ovat suuruudeltaan yhtä suuret ja merkiltään vastakkaiset. Vahvistettu ero "haastaisi suhteellisuusteoreettisen kvanttikenttäteorian perusteet", Crivelli kirjoitti. Se voisi myös auttaa selittämään, miksi maailmankaikkeudessa on paljon enemmän ainetta kuin antiainetta. Fermilabin teoreetikko Roni Harnik, joka ei ollut mukana työssä, kutsui sitä "jännittäväksi kehitysaskeleeksi, joka mahdollistaa perussymmetrian testaamisen".physics.aps.org+1

"Nykyiset teoriat viittaavat siihen, ettei näiden kahden mittauksen välillä ole eroa", Gabrielse sanoi. "Jos käy ilmi, etteivät ne ole yhtä suuret, se olisi viime vuosisadan suurin fysiikan löytö".phys.org