Fizicienii de la Northwestern au ținut un singur pozitron, antiparticula electronului, în capcană luni de zile și i-au controlat starea cuantică. Măsurătoarea de precizie nu e făcută încă, dar experimentul deschide drumul spre ea.

Pozitronul are aceeași masă ca electronul și sarcină electrică opusă. Fizica actuală prevede că cele două particule au și momente magnetice egale și de semn contrar. Dacă s-ar găsi vreo diferență, ar fi o problemă pentru teoria pe care se sprijină Modelul Standard. Echipa lui Gerald Gabrielse, de la Northwestern University, a făcut acum un pas tehnic spre acest test, publicat în Physical Review Letters.

Un pozitron, singur, într-o capcană

Cercetătorii au construit ceea ce numesc un „ciclotron cuantic cu un singur pozitron”. Pozitronii provin dintr-o sursă radioactivă de sodiu-22. Sunt încetiniți și captați sub formă de pozitroniu, un atom exotic format dintr-un electron și un pozitron, care trece printr-o deschidere de 625 de micrometri într-o cavitate cu microunde. Câmpul electric al capcanei îl ionizează, iar pozitronul rămâne prins.

Capcana funcționează în câmp magnetic de 5,6 teslas, la 300 milikelvini, iar frecvența de rotație a pozitronului este de circa 156 GHz. Încărcarea unui singur pozitron durează între 8 și 11 ore, dar odată prins, el rămâne în capcană luni de zile. Echipa a răcit mișcarea lui de rotație până la starea fundamentală și a indus cu microunde salturi între niveluri cuantice, citite fără să distrugă particula.

Ce a obținut experimentul și ce nu

Starea excitată are în spațiu liber o durată de viață de circa 83 de milisecunde, dar în cavitate ajunge la circa 4 secunde. Fiecare cuantă de energie de rotație schimbă frecvența mișcării axiale cu circa 3,8 Hz, suficient cât să se vadă salturile individuale.

Comparația cu electronul rămâne încă la precizia veche. Momentul magnetic al electronului este cunoscut cu o precizie de 0,13 părți la trilion. Cea mai bună comparație directă electron-pozitron, din 1987, i-a găsit egali la 2,1 părți la trilion. Autorii spun că noua metodă ar putea îmbunătăți de aproximativ 30 de ori precizia măsurării pentru pozitron, dar aceasta este o estimare, nu un rezultat obținut.

Paolo Crivelli, de la ETH Zurich, care a scris comentariul din revista Physics, numește demonstrația „o descoperire experimentală”, dar adaugă: „nu oferă încă o măsurare de înaltă precizie a factorului g al pozitronului”. Pentru asta mai sunt necesare spectroscopie detaliată și controlul atent al erorilor sistematice. Un experiment concurent, de la Institutul Max Planck de Fizică Nucleară din Heidelberg, își propune o comparație simultană electron-pozitron.

Fizicienii au demonstrat că pot prinde și controla un singur pozitron timp de luni de zile. Testul în care se compară momentul lui magnetic cu cel al electronului nu s-a făcut încă.

---

Sursă: T. G. Myers, L. Soucy, B. A. D. Sukra, B. Sinha și G. Gabrielse (Northwestern University), „One-Positron Quantum Cyclotron”, Physical Review Letters 137, 173001 (2026), DOI: 10.1103/gbkc-6nlj. Comentariul Physics, de Paolo Crivelli (ETH Zurich) · Nature News · Northwestern Now