Физики удержали позитрон в квантовом состоянии
Античастицу электрона удалось перевести в управляемое квантовое состояние. Одиночный позитрон месяцами оставался в электромагнитной ловушке — об этом сообщают исследователи Северо-Западного университета США. Об этом пишет Новая Наука.
Руководил работой профессор Джеральд Габриэлсе. Его команда собрала установку под названием «квантовый циклотрон с одним позитроном». Конструкция даёт возможность наблюдать за поведением отдельной античастицы, не допуская её соприкосновения с обычным веществом: такой контакт означал бы аннигиляцию.
Позитроны рождались при распаде радиоактивного изотопа натрия-22. Образовавшиеся частицы замедляли, а затем направляли в ловушку. Там электрические и магнитные поля удерживали их в почти идеальном вакууме.
Температуру установки довели до отметки примерно −272,85 °C. Это лишь на 0,3 градуса выше абсолютного нуля. В подобных условиях позитрон перешёл в основное квантовое состояние циклотронного движения, то есть получил минимально возможную энергию.
Микроволновое излучение заставляло частицу перескакивать между энергетическими уровнями. Изменения её состояния физики регистрировали. Управляли позитроном примерно так же, как искусственным атомом, и в ловушке он сохранялся месяцами.
Задача исследования — сопоставить магнитные свойства электрона и позитрона с очень высокой точностью. Ранее коллектив Габриэлсе измерил магнитный момент электрона: относительная точность составила порядка одной десяти триллионной. Следующий шаг — такие же замеры для античастицы.
Стандартная модель предсказывает, что магнитные моменты электрона и позитрона совпадают по величине, если учесть противоположные заряды. Серьёзное расхождение стало бы указанием на явления, которых современная теория не описывает.
Подобные опыты приближают к разгадке одной из ключевых проблем космологии: отчего после Большого взрыва материи во Вселенной осталось заметно больше, чем антиматерии.
Пока различий между частицами и античастицами не нашли. Основной итог — способность долго держать одиночный позитрон и точно управлять его квантовыми состояниями. Это база для будущих высокоточных измерений.
Статья опубликована в журнале Physical Review Letters.
