Fizicienii au reușit imposibilul. O particulă de antimaterie, izolată

O echipă de fizicieni de la Universitatea Northwestern din Statele Unite a reușit să captureze și să păstreze o singură particulă de antimaterie timp de mai multe luni, folosind un dispozitiv care o izolează de materia obișnuită. Experimentul, prezentat într-un studiu publicat în revista Physical Review Letters, ar putea permite măsurători mult mai precise pentru a afla dacă antimateria se comportă diferit de materia obișnuită.

Ads

Cercetarea este coordonată de fizicianul Gerald Gabrielse și se concentrează asupra pozitronului, antiparticula electronului. Rezultatele ar putea contribui la investigarea uneia dintre marile întrebări ale fizicii moderne: de ce Universul este alcătuit în principal din materie, deși teoriile despre începuturile sale sugerează că materia și antimateria ar fi trebuit să se formeze în cantități comparabile.

Cum au reușit fizicienii să izoleze antimateria

Pentru a păstra particula fără ca aceasta să intre în contact cu materia obișnuită, cercetătorii au construit un dispozitiv numit „one-positron quantum cyclotron”, conceput pentru a captura și controla un singur pozitron.

Aparatul utilizează un vid, temperaturi extrem de scăzute și câmpuri electrice și magnetice. Acestea mențin particula izolată de pereții instalației, reducând riscul ca ea să anihileze la contact cu materia din jur.

Potrivit informațiilor prezentate despre experiment, pozitronul a fost încetinit și capturat după ce a fost emis de un material radioactiv. Ulterior, cercetătorii au răcit sistemul până la aproximativ 0,3 grade peste zero absolut, limita teoretică a temperaturii minime.

Zero absolut corespunde temperaturii de −273,15 grade Celsius. La temperaturi atât de scăzute, mișcarea termică este redusă considerabil, iar oamenii de știință pot controla mai bine starea energetică a particulei.

Provocarea nu a constat doar în capturarea pozitronului, ci și în menținerea lui într-o stare controlată suficient de mult timp pentru efectuarea unor măsurători de precizie.

De ce este importantă cercetarea antimateriei

Materia și antimateria se anihilează reciproc atunci când particulele lor intră în contact, transformându-și masa în energie. Acest fenomen face ca antimateria să fie dificil de păstrat și studiat în condiții de laborator.

În cazul experimentului de la Northwestern, sistemul de captare împiedică pozitronul să atingă pereții instalației sau alte particule de materie. Astfel, cercetătorii îl pot menține într-o stare cuantică bine definită și îi pot observa proprietățile fără a-i perturba starea în timpul măsurătorilor.

Rezultatul nu înseamnă că oamenii de știință au rezolvat misterul originii antimateriei. El oferă însă un instrument experimental mai performant pentru a verifica dacă particulele și antiparticulele respectă simetriile fundamentale prevăzute de fizica actuală.

Măsurători de până la 30 de ori mai precise

Studiul publicat în Physical Review Letters descrie realizarea unui „ciclotron cu un singur pozitron”, în care cercetătorii pot controla nivelurile energetice cuantice ale particulei și starea sa de spin.

Următorul obiectiv este măsurarea momentului magnetic al pozitronului și compararea rezultatului cu cel obținut anterior pentru electron. Momentul magnetic este o proprietate fundamentală a particulelor, asociată cu răspunsul lor la un câmp magnetic.

Potrivit echipei, noua metodă ar putea permite o precizie de peste 30 de ori mai mare decât cea obținută anterior în măsurătorile comparabile ale pozitronului. Această îmbunătățire ar permite verificarea mai riguroasă a simetriei CPT, un principiu fundamental al modelului standard al fizicii particulelor.

Conform acestui principiu, proprietățile fundamentale ale unei particule și ale antiparticulei sale trebuie să respecte relații precise. O diferență măsurată cu suficientă certitudine între momentele lor magnetice ar putea indica faptul că teoriile actuale nu descriu complet comportamentul naturii.

Continuarea pe Evz.ro