Физики Северо-Западного университета поймали одиночный позитрон — античастицу электрона — и удерживали его в ловушке несколько месяцев. Это позволит провести один из самых точных тестов фундаментальных законов физики. Работа опубликована в журнале Physical Review Letters.
Позитроны рождаются, например, при распаде радиоактивных ядер и вылетают с огромной энергией — в опыте до 546 килоэлектронвольт, это около 88% скорости света. Поймать такую частицу крайне трудно. Ученые использовали радиоактивный источник натрия, кристалл вольфрама для замедления позитронов и крошечное отверстие шириной 640 микрометров, через которое частица попадает в охлажденную до 300 милликельвинов ловушку Пеннинга.
«Главная сложность — уговорить позитрон, вылетевший из ядра», остаться в ловушке, пояснил старший автор работы Джеральд Габриэльс. По его словам, большинство вылетающих из источника позитронов так и не удается замедлить и захватить.
Пойманную частицу охладили до самого низкого энергетического состояния и научились микроволнами переводить ее между уровнями энергии по одному кванту за раз, а также фиксировать «перевороты спина», не разрушая квантовое состояние. Это и есть подготовка к главному измерению.
Цель — сравнить магнитный момент позитрона и электрона. Если они окажутся не точно зеркальными, это нарушит так называемую CPT-симметрию — один из краеугольных принципов физики. Результат ученые рассчитывают получить уже в начале следующего года.
«Это углубило бы загадку того, как Стандартная модель делает столь точные предсказания», — отметил Габриэльс.
Пока же само удержание античастицы месяцами — серьезное техническое достижение: антивещество крайне трудно получать и хранить, ведь при встрече с обычной материей оно мгновенно аннигилирует, поэтому возможность так долго работать с одной античастицей ценна сама по себе.
Ранее сообщалось, что новый луноход найдет воду и летучие вещества под лунной поверхностью.