Физики месяцами удерживали позитрон в квантовом циклотроне
Физики Северо-Западного университета США впервые создали квантовый циклотрон, который работает с единственным позитроном — античастицей электрона. Частицу удерживали в ловушке месяцами, охлаждали почти до абсолютного нуля и управляли её квантовыми состояниями. Результаты опубликованы в журнале Physical Review Letters.
Позитрон имеет ту же массу, что и электрон, но противоположный заряд, поэтому при контакте с обычной материей частицы могут аннигилировать. В эксперименте позитрон изолировали в вакуумной ловушке Пеннинга с помощью электрического и магнитных полей. Установку охладили до 300 милликельвинов, а магнитное поле достигало 5,6 тесла.
Главная особенность установки — возможность различать квантовые состояния движения и спина позитрона, не изменяя их в процессе измерения. Для этого физики регистрировали небольшие сдвиги частоты осевых колебаний частицы в ловушке, а конструкция резонатора подавляла самопроизвольное излучение, из-за которого возбуждённые состояния могли бы исчезнуть до измерения.
Теперь исследователи рассчитывают точнее измерить магнитный момент позитрона и сопоставить его с уже очень точно измеренным магнитным моментом электрона. Это позволит проверить, насколько свойства частиц соответствуют фундаментальной симметрии CPT, согласно которой физические законы должны сохраняться при соответствующем преобразовании частиц и их взаимодействий.
По оценке авторов, развитие метода может позволить измерить магнитный момент позитрона с точностью, более чем в 30 раз превосходящей предыдущие измерения в этом секторе физики. Пока речь идёт о потенциале установки: работа демонстрирует создание квантового циклотрона, а не новое измерение. Неожиданных различий между материей и антиматерией эксперимент пока не выявил — физики получили инструмент для поиска более тонких отклонений.