Фізики вперше побачили переходи позитрона між квантовими станами

29 жовтня 2026 р. 10:16

29 жовтня 2026 р. 10:16

Фізики з Північно-Західного університету США вперше розрізнили квантові стани одного позитрона, тобто античастинки електрона, й зафіксували переходи між ними. За оцінкою дослідників, після подальшого налаштування установка може дати змогу виміряти магнітний момент позитрона з точністю, співмірною з точністю вимірювання для електрона. Порівняння цих моментів допоможе перевірити одне з фундаментальних передбачень Стандартної моделі — теорії, що описує елементарні частинки та їхні взаємодії. Дослідження опублікували у журналі Physical Review Letters .

Розподіл імовірностей знаходження позитрона на різних квантових станах: основному (зліва), першому (в центрі) та другому (справа) збудженому, поки він рухається по колу в магнітному полі. G. Gabrielse & L. Soucy / Northwestern University

Навіщо вимірювати магнітний момент позитрона?

Фізикам уже вдавалося місяцями утримувати одиничний позитрон у пастці Пеннінга, де магнітне й електричне поля обмежують рух зарядженої частинки. Однак точно виміряти магнітний момент цієї античастинки було складніше. Досі його найточніше визначали за класичним циклотронним рухом — рухом по колу в магнітному полі. Дослідники з цієї групи раніше виміряли магнітний момент електрона з точністю до 0,13 частини на трильйон, відстежуючи переходи між його квантовими станами. На той час це було найточніше вимірювання властивості елементарної частинки. Точне порівняння магнітних моментів електрона й позитрона допоможе перевірити CPT-симетрію. Вона стверджує, що закони фізики мають залишатися незмінними, якщо одночасно замінити частинки на античастинки, відобразити простір дзеркально й обернути час. Якщо точні вимірювання виявлять різницю у величині цих моментів, це свідчитиме про фізику за межами Стандартної моделі.

У самому експерименті дослідники отримали позитрон під час бета-розпаду натрію-22, сповільнили його у вольфрамі й доправили до пастки Пеннінга у складі нейтрального позитронія — атома, що складається з електрона й позитрона. Усередині пастки електричне поле розділило пару й захопило позитрон, а низька температура не давала тепловим фотонам переводити його у вищий циклотронний стан. Електроди пастки водночас утворювали мікрохвильову порожнину, яка пригнічувала спонтанне випромінювання. Завдяки порожнині збуджений циклотронний стан тривав близько чотирьох секунд, тоді як без пригнічення випромінювання його тривалість становила б менш як десяту секунди. Дослідники фіксували переходи за зсувами частоти осьових коливань позитрона, причому саме зчитування не змінювало його стану.

Як ще фізики досліджували антиматерію

🧲 Фізики зіставили магнітні моменти протона й антипротона та встановили, що вони збігаються з точністю до 16 частин на трильйон.

❄️ Дві команди охолодили лазером атоми позитронія, що складаються з електрона й позитрона, щоб сповільнити їхній рух і полегшити дослідження.

🍎 А колаборація фізиків ALPHA виявила , що атоми антиводню падають під дією земної гравітації, як і звичайна матерія.

Наука