Fysiker fångade enstaka antipartikel i månader

Fysiker vid Northwestern University har fångat en enstaka positron, elektronens antipartikel, och kylt ner den till sitt kvantmekaniska grundtillstånd inuti en Penningfälla. Teamet kallar apparaten för en "en-positron kvantcyklotron", och partikeln har hållits fången i flera månader. Studien, som leddes av Gerald Gabrielse, publicerades onsdagen den 21 oktober i Physical Review Letters. Forskarna vill använda apparaten för att mäta positronens magnetiska moment och jämföra det med elektronens. En sådan jämförelse skulle testa en grundläggande symmetri i standardmodellen.phys.org+2

Att fånga antimateria utan väggar

Positronerna kommer från radioaktivt natrium-22, som emitterar dem med energier på upp till 546 kilo-elektronvolt. Fällan hålls vid 300 millikelvin, vilket motsvarar en termisk energi som är mer än 10 storleksordningar lägre. Positronerna bromsas först i en volframmoderator. Vissa plockar sedan upp en elektron och bildar elektriskt neutralt positronium, som kan passera genom en 625 mikrometer stor öppning in i fällans nästan slutna mikrovågshålighet. Inuti drar fällans elektriska fält bort elektronen och positronen stannar kvar. Att ladda in en enstaka positron tar för närvarande 8 till 11 timmar.physics.aps.org

"Om du vill hålla kvar antimateria måste du förvara den i en behållare utan väggar," sa Gabrielse till Scientific American. Teamet visade också att de kunde tillföra precisa mängder energi med avstämda mikrovågor och detektera positronens individuella kvantsprång. Thomas Myers, doktorand, är studiens huvudförfattare.scientificamerican.com+1

Ett spegeltest för standardmodellen

Gabrielses grupp har tidigare använt en en-elektron kvantcyklotron för att mäta elektronens magnetiska moment med en precision på ungefär en del på 10 biljoner. Positronmätningen har legat efter. Den bästa jämförelsen mellan elektron och positron kommer fortfarande från ett experiment 1987, som fann att de två g-faktorerna var lika inom 2,1 delar per biljon. Fysikern Paolo Crivelli vid ETH Zürich skrev att den nya apparaten öppnar vägen för en 30-faldig ökning av precisionen för positronen.phys.org+1

Enligt CPT-symmetri ska en partikel och dess antipartikel ha magnetiska moment som är lika stora och motsatt riktade. En bekräftad skillnad "skulle utmana själva fundamentet" i den relativistiska kvantfältteorin, skrev Crivelli. Det skulle också kunna bidra till att förklara varför universum innehåller betydligt mer materia än antimateria. Teoretikern Roni Harnik vid Fermilab, som inte var involverad i arbetet, kallade det "en spännande utveckling som gör det möjligt för oss att testa en grundläggande symmetri".physics.aps.org+1

"Nuvarande teorier antyder att det inte kommer att finnas någon skillnad i de två mätningarna," sa Gabrielse. "Om det visar sig att de inte är lika, skulle det vara den största upptäckten inom fysiken under det senaste århundradet".phys.org