Физики удержали позитроны на месяцы ради проверки симметрии материи и антиматерии

Исследователи из Северо-Западного университета (США) впервые спроектировали квантовый циклотрон, оперирующий с единственным позитроном — зеркальным антиподом электрона. Специалистам удалось изолировать частицу на многомесячный срок, охладить ее практически до предельного нуля и осуществлять манипуляции с ее квантовыми параметрами. Отчет об исследовании обнародован в журнале Physical Review Letters.

Обладая идентичной электрону массой, позитрон наделен противоположным электрическим зарядом. Контакт с обычной материей грозит мгновенной аннигиляцией, что обуславливает жесткую необходимость полной изоляции антивещества. В ходе опыта позитрон удерживался внутри вакуумной ловушки Пеннинга посредством комбинированного воздействия электрических и магнитных полей. Температурный режим установки поддерживался на отметке 300 милликельвинов при индукции магнитного поля в 5,6 тесла, что обеспечило идеальную подготовку объекта к прецизионным замерам.

Ключевое достоинство инновационного комплекса заключается в способности детектировать дискретные квантовые конфигурации траектории и спина позитрона, избегая при этом их деформации актом наблюдения. Достижение стало возможным благодаря фиксации тончайших флуктуаций частоты осевого перемещения частицы в ловушке. Дополнительно конфигурация резонаторного узла блокирует спонтанное испускание энергии, способное преждевременно разрушить возбужденные состояния до завершения сканирования.

В перспективе ученые намерены с беспрецедентной точностью определить магнитный момент позитрона — ключевой параметр, определяющий его магнитный отклик. Аналогичный показатель для электрона уже изучен с ювелирной точностью, и полученные данные полностью подтверждают выкладки Стандартной модели. Сопоставление этих величин послужит строгой проверкой CPT-инвариантности — фундаментального принципа симметрии, согласно которому зеркальное отражение пространства, времени и зарядов оставляет законы физики неизменными.

По предварительным расчетам создателей проекта, совершенствование методики позволит превзойти точность предшествующих экспериментов в данной области более чем в 30 раз. Данная публикация фиксирует сам факт успешного запуска однопозитронного квантового циклотрона, в то время как рекордные замеры магнитного момента запланированы на следующие этапы работы.

На данном этапе расхождений между свойствами материи и антиматерии не обнаружено. Ценность прорыва заключается в ином: в распоряжении физиков появился мощный инструмент для поисков глубоких скрытых аномалий. Если значения магнитных моментов электрона и позитрона разойдутся с постулатами CPT-симметрии, научному сообществу придется переосмыслить фундаментальные основы мироздания. Подобные изыскания также приближают разгадку одной из величайших тайн космологии — почему Вселенная состоит преимущественно из вещества, хотя в момент зарождения материя и антиматерия должны были образоваться в равных пропорциях.

Источник: iXBT