Физики Северо-Западного университета впервые перевели позитрон, являющийся античастицей электрона, в точно контролируемое квантовое состояние. Как сообщает SciTechDaily, частицу получили при радиоактивном распаде, охладили почти до абсолютного нуля и поместили в ловушку с почти идеальным вакуумом. Благодаря этому позитрон удалось удерживать в лаборатории на протяжении нескольких месяцев.
Учёные создали так называемый однопозитронный квантовый циклотрон — систему, в которой частица, подобно атому, обладает определёнными уровнями энергии. Исследователи могут воздействовать на эти уровни и фиксировать переходы позитрона между ними. Результаты работы опубликованы в журнале Physical Review Letters.
Новая установка позволит с высокой точностью сопоставить свойства материи и антиматерии. В частности, команда намерена измерить магнитные характеристики позитрона и сравнить их с параметрами электрона. Такое исследование поможет проверить предсказания Стандартной модели физики элементарных частиц и выявить возможные признаки её неполноты.
Стандартная модель описывает фундаментальные частицы и три из четырёх известных фундаментальных взаимодействий, однако не объясняет, почему во Вселенной наблюдается намного больше материи, чем антиматерии. Согласно существующим представлениям, Большой взрыв должен был породить их примерно поровну. При встрече частицы и античастицы уничтожают друг друга в процессе аннигиляции, поэтому причина сохранения материи остаётся нерешённой проблемой.
Позитроны получают из радиоактивного изотопа натрия-22, после чего их замедляют и направляют в ловушку. Электрические и магнитные поля не позволяют частице соприкасаться со стенками, а вакуум снижает вероятность контакта с обычным веществом. При температуре около 300 милли-кельвинов позитрон переводят в основное квантовое состояние, а затем с помощью микроволн измеряют его переходы; дальнейшая цель учёных — определить магнитный момент частицы с точностью, сопоставимой с достигнутой для электрона, поскольку обнаруженное различие стало бы серьёзным вызовом Стандартной модели.