Физичари заробили и месецима држали честицу антиматерије у кавезу

Према важећим теоријама, рођење свемира требало је да произведе једнаке количине материје и антиматерије. За сваку честицу требало би да постоји њена античестица са истом масом, али супротним набојем, а нестанак антиматерије једна је од највећих неријешених загонетки у физици.

Главни проблем у проучавању антиматерије је чињеница да се честица и античестица међусобно поништавају, односно уништавају чим дођу у контакт, претварајући се у чист бљесак енергије.

Како би решили овај проблем, физичари са Универзитета Нортвестерн конструисали су специјалну криогену суперпроводљиву вакуумску замку. У овом уређају су успели да месецима сачувају само један позитрон, који представља антиматеријски еквивалент свуда присутног електрона.

Истраживање које је водио тим са овог америчког универзитета захтевало је изолацију честице од било каквог сусрета са обичном материјом, што је до сада било изузетно тешко извести на дужи временски период.

„Највећи изазов је убедити позитрон који је избачен из језгра при радиоактивном распаду са веома високом енергијом да успори довољно како бисмо могли да га ухватимо у нашу замку за честице“, рекао је Џералд Габријелс, главни аутор студије и физичар са Универзитета Нортвестерн.

Генијална замка на ивици апсолутне нуле

Тим предвођен физичарем Томом Мајерсом користио је радиоактивни изотоп натријума као извор који избацује позитроне брзином која достиже осамдесет осам процената брзине светлости.

Како би успорили ову екстремно брзу честицу, научници су је пропустили кроз појединачни кристал волфрама. Иако се већина позитрона поништи у контакту са електронима кристала, мали број преживи и изађе знатно успорен, формирајући притом нестабилан спој са електроном који се назива позитронијум.

Овај спој пролази кроз минијатурни отвор ширине свега 640 микрометара право у Пенингову замку, где електрично поље одваја електрон и оставља позитрон заробљен. Помоћу пажљиво усклађених електричних и магнетских поља, честица се одржава у левитацији на температури од 300 миликелвина, што је само делић степена изнад апсолутне нуле.

У овако екстремним условима истраживачи су могли не само да чувају позитрон месецима, већ и да прецизно контролишу и мере његово понашање на квантном нивоу.

Трагање за савршеном симетријом свемира

Главни циљ овог сложеног хватања јесте тестирање фундаменталног принципа физике познатог као симетрија ЦПТ (набој, паритет и преокрет времена). Према овом принципу, честице и њихови антиматеријски парњаци морали би да имају одређена потпуно идентична својства, при чему једино предзнак набоја треба да се разликује.

На пример, електрон и позитрон би требало да имају исти магнетски момент, само са супротним предзнаком.

Научници су раније већ успели да измере магнетски момент електрона са запањујућом прецизношћу. Захваљујући новој технологији изолације, Габријелс и његове колеге надају се да ће ускоро моћи да изведу идентично мерење и за његовог антиматеријског близанца. Очекује се да ће први резултати ових изузетно захтевних мерења бити објављени почетком следеће године.

„Ако магнитуде буду исте, то ће бити најпрецизнија потврда ЦПТ инваријантности Стандардног модела, који представља најосновнији математички опис физичке стварности. То би могло додатно продубити мистерију о томе како Стандардни модел може да даје тако прецизна предвиђања онога што меримо, а да истовремено буде неусаглашен са основним карактеристикама свемира", објаснио је Габријелс.