Физики поймали позитрон для точных тестов физики

Сотрудники Северо-Западного университета совершили значительное достижение в области физики, поймав одиночный позитрон — античастицу электрона — и успешно удерживая её в ловушке на протяжении нескольких месяцев. Этот прорыв открывает возможности для проведения одного из самых точных тестов основных законов физики, о чем сообщается в опубликованной статье в журнале Physical Review Letters.

Позитроны образуются, например, в процессе распада радиоактивных ядер и обладают высокой энергией — в данном эксперименте она достигла 546 килоэлектронвольт, что составляет около 88% от скорости света. Ловля такой частицы является настоящим испытанием, так как это требует значительных усилий. Ученые применили радиоактивный источник натрия и кристалл вольфрама для замедления позитронов, а также использовали крошечное отверстие шириной 640 микрометров, через которое частица поступает в охлажденную до 300 милликельвинов ловушку Пеннинга.

«Главная сложность заключается в том, чтобы уговорить позитрон, вылетевший из ядра, остаться в ловушке», — пояснил старший автор исследования Джеральд Габриэльс. По его словам, большинство позитронов, вылетающих из источника, не удается замедлить и поймать.

Пойманная частица была охладена до самого низкого энергетического состояния, и ученые разработали метод, позволяющий с помощью микроволн переводить её между уровнями энергии по одному кванту за раз. Кроме того, им удалось фиксировать «перевороты спина», не разрушая квантовое состояние, что является необходимым этапом подготовки к основному измерению.

Целью исследования является сравнение магнитного момента позитрона и электрона. Если результаты покажут, что они не являются идеально зеркальными, это нарушит так называемую CPT-симметрию — один из краеугольных принципов физики. Ученые рассчитывают получить результаты уже в начале следующего года.

«Это углубило бы загадку того, как Стандартная модель делает столь точные предсказания», — отметил Габриэльс.

Тем временем, само удержание античастицы в течении нескольких месяцев представляет собой значительное техническое достижение. Антивещество крайне сложно производить и хранить, поскольку при взаимодействии с обычной материей оно мгновенно аннигилирует. Поэтому возможность длительной работы с одной античастицей является ценным достижением.

Читайте также: