Физики Северо-Западного университета в США впервые перевели одиночный позитрон — античастицу электрона — в состояние, которым можно точно управлять на квантовом уровне. Частицу, образовавшуюся при радиоактивном распаде, охладили почти до абсолютного нуля и удерживали в ловушке с вакуумом, близким к идеальному, в течение нескольких месяцев. Как сообщает SciTechDaily, этот результат может помочь учёным разобраться, почему во Вселенной сохранилось вещество, а не только антивещество.
Исследователи создали так называемый однопозитронный квантовый циклотрон. Захваченный позитрон в такой системе ведёт себя подобно искусственному атому и имеет отдельные энергетические уровни, между которыми можно переводить частицу и наблюдать её состояние. Работа опубликована в журнале Physical Review Letters.
Для удержания позитрона использовали специально настроенные электрические и магнитные поля, не позволяющие ему соприкасаться со стенками установки. Почти полный вакуум снизил вероятность столкновений с обычным веществом, которое при встрече с антивеществом вызывает аннигиляцию. Частицы получали из радиоактивного изотопа натрия-22, после чего значительно замедляли и направляли в ловушку.
Температура внутри установки составляла около 300 миллиКельвинов, то есть примерно на 0,3 градуса выше абсолютного нуля. В таких условиях движение позитрона в магнитном поле удалось перевести в самое низкое квантовое энергетическое состояние. Затем учёные воздействовали на частицу микроволнами и фиксировали её переходы между отдельными уровнями.
Следующей задачей группы станет измерение магнитных свойств позитрона с точностью, сопоставимой с показателями электрона. Согласно существующим теориям, величина магнитных моментов этих частиц должна совпадать, хотя их направления противоположны из-за разных электрических зарядов. Обнаружение расхождения стало бы серьёзным вызовом Стандартной модели физики элементарных частиц и могло бы приблизить исследователей к объяснению преобладания вещества над антивеществом.