Античастицу электрона впервые удалось перевести в управляемое квантовое состояние и удерживать в нём месяцами. Эксперимент провели исследователи Северо-Западного университета США под руководством профессора Джеральда Габриэлсе, результаты опубликованы в журнале Physical Review Letters.
Установка, названная «квантовый циклотрон с одним позитроном», позволила наблюдать за поведением отдельной античастицы, не допуская её контакта с обычным веществом, который привёл бы к аннигиляции. Позитроны получали при распаде радиоактивного изотопа натрия-22, замедляли и помещали в ловушку с электрическими и магнитными полями в почти идеальном вакууме.
При температуре около −272,85 °C, всего на 0,3 градуса выше абсолютного нуля, позитрон перешёл в основное квантовое состояние циклотронного движения с минимально возможной энергией. Микроволновое излучение заставляло частицу перескакивать между энергетическими уровнями, а изменения состояния регистрировались, что позволяло управлять позитроном подобно искусственному атому.
Цель исследования — с высокой точностью сравнить магнитные свойства электрона и позитрона. Ранее команда Габриэлсе измерила магнитный момент электрона с относительной точностью порядка одной десяти триллионной; теперь предстоят аналогичные замеры для античастицы. Стандартная модель предсказывает совпадение этих величин с учётом противоположных зарядов, и серьёзное расхождение указало бы на неизвестные явления.
Пока различий не обнаружено, но главный итог — возможность долго удерживать одиночный позитрон и точно управлять его квантовыми состояниями. Это создаёт основу для будущих измерений и приближает к разгадке космологической проблемы: почему после Большого взрыва материи во Вселенной больше, чем антиматерии.