Το ποζιτρόνιο είναι το αντισωματίδιο του ηλεκτρονίου, ταυτόσημο σε μάζα αλλά με αντίθετο ηλεκτρικό φορτίο. Σύμφωνα με το Καθιερωμένο Μοντέλο, η μαγνητική του ροπή πρέπει να είναι ακριβώς ίση και αντίθετη με του ηλεκτρονίου.
Μέσω νέας έρευνας στο Physical Review Letters, ο Gerald Gabrielse και οι συνεργάτες του στο Πανεπιστήμιο Northwestern παρουσίασαν έναν τρόπο για να ελεγχθεί αυτή η υπόθεση, παγιδεύοντας ένα μόνο ποζιτρόνιο σε ένα «κυκλοτρόνιο κβάντων».
Τεράστιο χάσμα ακρίβειας
Η πρόβλεψη πηγάζει από τη συμμετρία CPT, η οποία δηλώνει ότι αν αντιστρέφονταν τα πάντα, οι νόμοι της φυσικής θα παρέμεναν αναλλοίωτοι. Η σύγκριση της μαγνητικής ροπής του ποζιτρονίου με του ηλεκτρονίου αποτελεί κορυφαίο τεστ αυτής της αρχής. Ωστόσο, ενώ τα ηλεκτρόνια μετρώνται με τεράστια ακρίβεια, η αντίστοιχη σύγκριση ποζιτρονίου είναι πολύ λιγότερο ακριβής, καθώς το κύριο εμπόδιο είναι η απομόνωση και η ψύξη του σωματιδίου σε κατάλληλο περιβάλλον.
Κυκλοτρόνιο ενός ποζιτρονίου
Η ομάδα αντιμετώπισε την πρόκληση παίρνοντας ποζιτρόνια από ραδιενεργή πηγή και επιβραδύνοντάς τα. Για να περιορίσουν ένα μόνο ποζιτρόνιο, το άφησαν να συνδεθεί με ηλεκτρόνιο σχηματίζοντας άτομο, το οποίο διαλύθηκε μέσα στην παγίδα. Το αντισωματίδιο κρατήθηκε σε μια «παγίδα Penning» με ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία. Η παγίδα ψύχθηκε κοντά στο απόλυτο μηδέν, επιτρέποντας στο ποζιτρόνιο να καταλάβει την κίνησή του χαμηλότερης ενέργειας.
Διερεύνηση του Καθιερωμένου Μοντέλου
Με την ενέργεια διαιρεμένη σε βήματα, η ομάδα μπόρεσε να την ελέγξει χρησιμοποιώντας μικροκύματα και παρακολουθώντας το σπιν. Διαβάζοντας τις καταστάσεις μέσω μικρών μεταβολών στην κίνηση, ανίχνευσαν κίνηση και σπιν χωρίς διαταραχές. Αφού αιχμαλωτιστεί, το ποζιτρόνιο μπορεί να αποθηκευτεί για μήνες, ανοίγοντας τον δρόμο για μελλοντικά πειράματα που θα μετρήσουν τη μαγνητική ροπή με ακρίβεια 30 φορές καλύτερη από πριν, επιτρέποντας αυστηρότερους ελέγχους της συμμετρίας CPT.