Fizikçiler tek bir pozitronu aylarca kuantum siklotronunda tuttu

Northwestern Üniversitesi'nden bir fizikçi ekibi, elektronun karşıt parçacığı olan tek bir pozitronu tuzağa düşürmeyi ve aylarca askıda tutmayı başardı. Çalışma Physical Review Letters dergisinde yayımlandı. Araştırmacılar geliştirdikleri düzeneği “tek pozitronluk kuantum siklotronu” olarak tanımlıyor.

Antimadde deneyciler için tam bir kabus: sıradan maddeyle temas ettiği anda ikisi bir enerji parlamasıyla yok oluyor. Bu yüzden antimaddeyi izole tutmak modern bilimin en büyük teknik zorluklarından biri. Araştırmanın lideri Gerald Gabrielse, elektron ile pozitron eşit çıkmazsa bunun “son yüzyılın fizikteki en büyük keşfi” olacağını söylüyor.

Pozitron nasıl yakalanıyor

Pozitron, büyük bir enerjiyle üretilen radyoaktif bir sodyum-22 kaynağından geliyor. İncelenebilmesi için 300 milikelvine, yani mutlak sıfırın yalnızca bir derece kesri üzerine kadar soğutulması gerekiyor. Bu, enerjisinin çok kısa sürede on mertebeden fazla düşürülmesi anlamına geliyor.

En zor aşama, parçacığı manyetik bir tuzağa almak. Pozitron kısa süreliğine bir elektronla birleşip egzotik ve elektriksel olarak nötr bir atom olan pozitronyumu oluşturuyor. Yüksüz olduğu için bu atom yalnızca 625 mikrometrelik bir delikten tuzağa geçebiliyor; orada güçlü bir elektrik alanı atomu iyonlaştırıyor ve pozitron hapsoluyor. Tek bir pozitronu yüklemek 8 ila 11 saat sürüyor.

Neden bu kadar uğraş

Standart Model'e göre Büyük Patlama eşit miktarda madde ve antimadde üretmeliydi, oysa bugünkü evren maddeden oluşuyor. Fizikçiler on yıllardır bu simetriyi bozan farkı arıyor. Elektron ve pozitronun kütlesi ve manyetik momenti (g faktörü) aynı, işaretleri ise zıt olmalı.

Aynı ekip 2023'te elektronun g faktörünü trilyonda 0,13 hassasiyetle ölçmüştü. Elektron-pozitron karşılaştırmasında geçerli rekor ise 1987'den kalma ve trilyonda 2,1 hassasiyetinde. Yeni siklotronla araştırmacılar, pozitronun manyetik moment ölçümünü yaklaşık 30 kat iyileştirebileceklerini hesaplıyor.

Şimdilik makinenin çalıştığı kanıtlandı, ancak yüksek hassasiyetli ölçüm henüz yapılmadı. Bu ölçüm, iki parçacığın şimdiye dek olmadığı kadar sıkı karşılaştırılmasını sağlayacak.