Fizikçiler elektronun antimadde karşılığı olan pozitonları aylarça saklı tutabilme yeteneğini kanıtladılar. Northwestern Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, Gerald Gabrielse liderliğinde yürütülen bu çalışma, antimadde araştırmasında çığır açan bir gelişme. Antimadde normalde madde ile karşılaştığında yok oluyor; yok oluş nedeniyle onu uzun süre tutmak son derece zordur. Yıllar boyunca sadece milisaniye mertebesinde tutuşlar yapılmıştı. Bu kez araştırmacılar temel fizik yasalarını test etmek için gerekli olan uzun süreli tutma başarısını elde etti.
Teknik başarı
Araştırmacılar, radyoaktif sodyum-22 izotopu dönerken ortaya çıkan pozitonları yakalayana kadar üç aşamalı bir sistem kullandılar. Sodyum kaynağından çıkan pozitonlar yaklaşık 546 kiloelektronvolt enerji taşıyor ve ışığın hızının yüzde 88'i kadar hızlı hareket ediyor. Bu hızlı parçacıkları yavaşlatmak için volfram kristali kullanılırken, poziton kristale çarptığında enerji kaybeder ve yavaşlar. Araştırmacılardan Tom Myers bu teknik çözümü doktora tezinin bir parçası olarak geliştirdi.
Yavaşlayan pozitonlar daha sonra "Penning tuzağı" adı verilen elektromanyetik alan bölgesine giriyor. Bu tuzak, manyetik ve elektrik alan kombinasyonundan oluşuyor ve pozitonların hemen hemen hiç kimyasal reaksiyona uğramadan kalması sağlanıyor. Penning tuzağının açıklığı 640 mikrometre genişliğinde; pozitonlar tuzağın içinde dairesel yörüngelerle (siklotron hareketi) dönüyor. Pozitonlar elektronla beraber yüksek uyarılmış kuantum durumunda "pozitronya" adlı parçacık çiftinin halinde tuzağa giriyor. Elektrik alanı bu çifti ayırarak elektronları çıkarıyor ve pozitonları izole ediyor. Araştırmacılar pozitonun kuantum enerji seviyelerini ayarlamak için mikrodalgalar kullanıyor; bu sayede tek kuantum atlama gibi ince özellikleri gözlemleyebiliyor.
Kayıt kıran soğutma
Araştırma cihazı, kriojenik ve süperiletken vakum sistemiyle mutlak sıfırın 0,003 derecesi olan 300 milikelvin'e soğutuldu. Bu ekstrem soğutma sayesinde parçacıkların hareketi neredeyse durdu ve pozitonlar aylarca Penning tuzağında kaldı. Bu başarı, temel fizikte CPT simetrisi hipotezini test etmek amacıyla yapıldı. CPT simetrisi, yük (charge), pariteyi ve zamanı ters çevirme işlemlerinin kombinasyonu yapıldığında fizik yasalarının aynı kalması gerektiğini söylüyor. Bu simetri, Standart Model'in en temel varsayımlarından biridir. Elektronun ve pozitonun özellikleri tam olarak zıt olmalıdır. Araştırmacılar, pozitonun manyetik momentini elektron kadar hassas şekilde ölçmek istiyordu ve bu ölçüm CPT simetrisinin geçerliliğini test etmek için kritiktir. Bu araştırma Physical Review Letters dergisinde yayımlandı. Araştırma ekibi 2027'nin başında kesin sonuçları açıklamayı planlıyor. Bu başarı, antimadde laboratuvarında çalışanları umutlandırıyor; gelecekte antimadde depolanması daha güvenli ve verimli hale gelebilir.
