Fysikere fanget enkelt antipartikkel i flere måneder

Fysikere ved Northwestern University har fanget et enkelt positron, antipartikkelen til elektronet, og kjølt det ned til sin kvantemekaniske grunntilstand inne i en Penning-felle. Teamet kaller apparatet en "en-positron kvantesyklotron", og partikkelen har holdt seg fanget i flere måneder. Studien, ledet av Gerald Gabrielse, ble publisert onsdag 21. oktober i Physical Review Letters. Forskerne ønsker å bruke apparatet til å måle positronets magnetiske moment og sammenligne det med elektronets. En slik sammenligning vil teste en grunnleggende symmetri i standardmodellen.phys.org+2

Fange antimaterie uten vegger

Positronene kommer fra radioaktivt natrium-22, som sender dem ut med energier på opptil 546 kilo-elektronvolt. Fellen holdes på 300 millikelvin, som tilsvarer en termisk energi mer enn 10 størrelsesordener lavere. Positronene bremses først i en wolfram-moderator. Noen plukker deretter opp et elektron og danner elektrisk nøytralt positronium, som kan passere gjennom en 625 mikrometer stor åpning inn i fellens nesten lukkede mikrobølgehulrom. Inne i fellen trekker det elektriske feltet bort elektronet, og positronet blir værende igjen. Det tar for øyeblikket 8 til 11 timer å laste inn et enkelt positron.physics.aps.org

"Hvis du vil holde på antimaterie, må du oppbevare den i en beholder uten vegger," sa Gabrielse til Scientific American. Teamet viste også at de kunne tilføre presise mengder energi med avstemte mikrobølger og oppdage positronets individuelle kvantesprang. Thomas Myers, en doktorgradsstudent, er førsteforfatter på artikkelen.scientificamerican.com+1

En speiltest for standardmodellen

Gabrielses gruppe har allerede brukt en en-elektron kvantesyklotron for å måle elektronets magnetiske moment med en nøyaktighet på omtrent én del per 10 billioner. Positronmålingen har ligget etter. Den beste sammenligningen mellom elektron og positron stammer fortsatt fra et eksperiment i 1987, som fant at de to g-faktorene var like innenfor 2,1 deler per billion. Fysiker Paolo Crivelli ved ETH Zürich skrev at det nye apparatet åpner for en 30-dobling i presisjon for positronet.phys.org+1

Under CPT-symmetri skal en partikkel og dens antipartikkel ha magnetiske momenter som er like store og motsatt rettet. En bekreftet forskjell "ville utfordre selve fundamentet" i relativistisk kvantefeltteori, skrev Crivelli. Det kan også bidra til å forklare hvorfor universet inneholder langt mer materie enn antimaterie. Teoretiker Roni Harnik ved Fermilab, som ikke var involvert i arbeidet, kalte det "en spennende utvikling som vil gjøre oss i stand til å teste en grunnleggende symmetri".physics.aps.org+1

"Nåværende teorier antyder at det ikke vil være noen forskjell i de to målingene," sa Gabrielse. "Hvis det viser seg at de ikke er like, ville det være den største oppdagelsen i fysikken det siste århundret".phys.org