Zarobili su jedan pozitron i držali ga mjesecima

Tim sa Sveučilišta Northwestern uhvatio je antičesticu elektrona u kriogenoj zamci i održao ju je u gotovo savršenom vakuumu nekoliko mjeseci. Rezultati su objavljeni u časopisu Physical Review Letters. Čestica je hlađena na oko 300 milikelvina, djelić stupnja iznad apsolutne nule.

To nije samo laboratorijska egzotika. Zarobljeni pozitron sada se može mic po mic mijenjati mikrovalovima, tjerati da „skače” između kvantnih energetskih stanja i mjeriti s preciznošću kakva dosad nije bila moguća.

Zašto je antimateriju tako teško držati

Svaka čestica ima blizanca iste mase, ali suprotnog naboja. Kad se čestica i antičestica sretnu, međusobno se poništavaju u bljesku čiste energije. To je anihilacija.

Naš je svemir gotovo isključivo sazdan od materije, pa pozitron nema nikakve šanse — dovoljan je jedan elektron na putu i nestaje. Zato su istraživači morali izgraditi „spremnik bez zidova”, kako ga sami opisuju. Svaki dodir s običnom materijom značio bi trenutačni kraj.

Postupak ide u tri koraka. Izvor je radioaktivni izotop natrija (natrij-22) koji izbacuje pozitrone brzinom blizu brzine svjetlosti. Da bi ih usporili, znanstvenici ih propuštaju kroz kristal volframa. Većina se tu anihilira, ali jedan djelić izlazi znatno usporen, nakratko tvoreći egzotičnu strukturu zvanu pozitronij — elektron i pozitron koji kruže jedan oko drugoga.

Pozitronij zatim ide u Penningovu zamku, vakuumsku komoru u kojoj električno polje odvaja pozitron od elektrona. Preostali pozitron hvata kombinacija jakih električnih i magnetskih polja. Ohlađen do kriogenih temperatura, uređaj stvara svojevrsni bestjelesni kavez.

Zakon koji drži fiziku na okupu

Cilj je testirati CPT simetriju — načelo po kojem bi zakoni fizike morali ostati isti ako istodobno obrnemo naboj, prostorne koordinate i smjer vremena. Iz toga slijedi da bi elektron i pozitron morali imati strogo identična, ali suprotna svojstva, poput magnetskog momenta.

Tim Geralda Gabrielsea već je izmjerio magnetski moment elektrona s velikom preciznošću. Sada želi isto učiniti sa zarobljenim pozitronom i usporediti vrijednosti. Ako one nisu savršeno jednake i suprotne, standardni model — naš najbolji opis subatomskog svijeta — ima pukotinu. To bi bilo potencijalno jedno od najvećih otkrića u fizici u posljednjih stotinu godina.

I tu se priča širi izvan laboratorija. Veliki prasak trebao je stvoriti jednake količine materije i antimaterije. Da je tako bilo, sve bi se anihiliralo i ostao bi prazan svemir ispunjen energijom. Činjenica da smo tu, sazdani od materije, dokaz je da je neki blagi nesrazmjer išao u korist materije.

Upravo bi ta sitna razlika između svojstava elektrona i pozitrona mogla biti potpis „nove” fizike odgovorne za neravnotežu koja nam je omogućila postojanje. Rezultati se očekuju u roku od godine dana.