Физики Northwestern удерживали один позитрон несколько месяцев

Физики из Northwestern University сумели удерживать одну частицу антиматерии — позитрон — на протяжении нескольких месяцев. Охладив частицу до температур, близких к абсолютному нулю, учёные смогли с высокой точностью управлять её квантовыми состояниями, не разрушая её. Результаты опубликованы в журнале Physical Review Letters.

Как это удалось

Позитрон — антиматериальный двойник электрона. Команда под руководством Джеральда Габриэльса создала установку, которую называют квантовым циклотроном для одного позитрона. Электрические и магнитные поля удерживают частицу в вакууме, а температура near absolute zero переводит её в состояние с минимальной энергией. Это позволяет вызывать контролируемые изменения её квантового поведения.

Главное отличие от многих других методов физики частиц в том, что частица не уничтожается при измерении. Поэтому один и тот же позитрон можно было хранить месяцами и многократно повторять эксперименты.

Зачем это нужно

Теория предсказывает, что у каждой частицы материи есть античастица, и это подтверждено опытом. Вселенная при этом должна содержать сопоставимые количества материи и антиматерии, но почти всё наблюдаемое состоит из обычной материи. Почему так, до сих пор неизвестно.

Изучать антиматерию трудно: при контакте с обычным веществом частицы аннигилируют и выделяют энергию. Поэтому их удерживают в вакуумных камерах с помощью электромагнитных полей, но даже так эксперименты на квантовом уровне остаются сложными.

У электрона и позитрона одинаковая масса, а электрические заряды противоположны. Физики хотят сравнить их магнитные свойства. Для электронов измерения уже очень точны, а для позитронов добиться такой же точности было сложнее. По данным American Physical Society, новое устройство может сделать измерения антиматерии примерно в 30 раз точнее прежних.

Пока неожиданных различий между двумя частицами не обнаружено: достижение в том, что возможности их поиска улучшились. Если будущие измерения покажут, что позитрон реагирует на магнитное поле иначе, чем электрон, учёным придётся пересмотреть часть законов, описывающих материю и антиматерию.