Atrapan un único positrón durante meses en un ciclotrón cuántico

Un equipo de físicos ha logrado atrapar un único positrón, la antipartícula del electrón, y mantenerlo suspendido durante meses. El trabajo, publicado en Physical Review Letters, describe un «ciclotrón cuántico de un solo positrón» que permitirá poner a prueba los pilares de la física moderna.

La antimateria es una pesadilla experimental: al contacto con la materia ordinaria, ambas se aniquilan en un destello de energía. Mantener una partícula aislada durante meses es, por tanto, una hazaña técnica de primer orden.

Cómo se captura el positrón

El positrón nace de una fuente radiactiva de sodio-22 y sale con una enorme energía. Para estudiarlo, los científicos deben enfriarlo hasta 300 milikelvin, apenas una fracción de grado por encima del cero absoluto, lo que supone reducir su energía en más de diez órdenes de magnitud en muy poco tiempo.

Para introducirlo en una trampa magnética, el equipo deja que el positrón se una brevemente a un electrón y forme positronio, un átomo exótico y eléctricamente neutro. Al no tener carga, atraviesa un diminuto orificio de 625 micrómetros hasta una trampa donde un intenso campo eléctrico lo ioniza y deja el positrón atrapado. Cargar un solo positrón lleva entre 8 y 11 horas.

Por qué importa

Según el Modelo Estándar, el Big Bang debió crear tanta materia como antimateria, pero el universo actual está hecho de materia. Los físicos llevan décadas buscando una diferencia que lo explique. Electrón y positrón deberían ser reflejos perfectos, con la misma masa y un momento magnético, el factor g, idéntico pero de signo opuesto.

En 2023, el mismo equipo de la Northwestern University midió el factor g del electrón con una precisión de 0,13 partes por billón. La comparación vigente entre electrón y positrón data de 1987 y los da por iguales con una precisión de 2,1 partes por billón. Los investigadores calculan que el nuevo dispositivo podría mejorar unas 30 veces la precisión de la medida del momento magnético del positrón.

La medición de alta precisión aún no existe: por ahora solo se ha demostrado que la máquina funciona. Para el líder del proyecto, Gerald Gabrielse, si electrón y positrón no resultan iguales, sería el mayor descubrimiento en física del último siglo.