O echipă de fizicieni de la Universitatea Northwestern din Statele Unite a reușit o realizare fără precedent în domeniul fizicii particulelor, capturând și izolând o singură particulă de antimaterie. Experimentul, care a fost prezentat într-un studiu publicat în revista Physical Review Letters, permite menținerea particulei într-un mediu controlat timp de câteva luni. Această metodă inovatoare oferă posibilitatea efectuării unor măsurători mult mai precise pentru a determina dacă antimateria prezintă un comportament diferit față de materia obișnuită.
Cercetarea, coordonată de fizicianul Gerald Gabrielse, se concentrează pe pozitron, care este antiparticula electronului. Pentru a evita anihilarea instantanee a particulei la contactul cu materia, echipa a construit un dispozitiv numit „one-positron quantum cyclotron”. Acest aparat este conceput special pentru a captura și a controla un singur pozitron, utilizând un vid extrem, temperaturi de o scădere radicală și câmpuri electrice și magnetice pentru a menține particula izolată de pereții instalației.
Procesul de captare a început după ce pozitronul a fost emis de un material radioactiv, fiind ulterior încetinit de sistem. Pentru a controla starea energetică a particulei, cercetătorii au răcit sistemul până la aproximativ 0,3 grade peste zero absolut, o temperatură de -273,15 grade Celsius. La acest nivel extrem de scăzut, mișcarea termică este redusă considerabil, facilitând menținerea pozitronului într-o stare cuantică bine definită, fără a perturba proprietățile acestuia în timpul observațiilor de laborator.
Obiectivul principal al echipei este măsurarea momentului magnetic al pozitronului pentru a-l compara cu cel al electronului. Noua metodă ar putea oferi o precizie de peste 30 de ori mai mare decât cele utilizate anterior în experimente similare. O astfel de îmbunătățire este crucială pentru verificarea simetriei CPT, un principiu fundamental al modelului standard, deoarece orice diferență măsurată între proprietățile particulei și ale antiparticulei ar indica faptul că teoriile actuale sunt incomplete.
Realizarea acestui experiment aduce un instrument experimental mai performant pentru investigarea misterului originii Universului. Conform modelelor cosmologice, materia și antimateria ar fi trebuit să se formeze în cantități egale, însă Universul actual este compus predominant din materie. Fizicienii urmăresc să determine dacă există procese care produc aceste diferențe subtile, studiul fiind semnat de T. G. Myers, L. Soucy, B. A. D. Sukra, B. Sinha și Gerald Gabrielse.
În fizica modernă, studiul antimateriei este esențial pentru înțelegerea structurii fundamentale a cosmosului. Fenomenul de anihilare, prin care masa se transformă în energie la contactul dintre materie și antimaterie, reprezintă principala barieră în experimentele de laborator. Capacitatea de a izola o singură particulă permite testarea ipotezelor despre de ce materia a predominat în Universul timpuriu, oferind date concrete pentru validarea sau refutarea modelelor teoretice existente.