Ein isoliertes Positron, um Materie und Antimaterie besser zu vergleichen
· Redaktion BehindLines
Einem Team der Northwestern University ist es gelungen, ein Positron mehrere Monate lang in einer elektromagnetischen Falle zu halten und seine Quantenzustände zu unterscheiden. Das am 21. Oktober in Physical Review Letters veröffentlichte Experiment bereitet einen genaueren Vergleich mit dem Elektron vor. Es berichtet noch keinen Unterschied zwischen Materie und Antimaterie.
Ein Teilchen ohne Wand aufbewahren
Das Positron ist das Antiteilchen des Elektrons. Ihr Aufeinandertreffen führt zur Annihilation: Ein gewöhnlicher Behälter eignet sich daher nicht, um es aufzubewahren. Das von Gerald Gabrielse geleitete Team verwendet eine Penning-Falle, in der elektrische und magnetische Felder das Teilchen von den Wänden fernhalten.
Die Positronen stammen aus dem Zerfall von Natrium-22. Die Forschenden müssen sie zunächst abbremsen und dann eines in einer nahezu leeren Umgebung einfangen. Die Anordnung wird auf etwa 300 Millikelvin gekühlt, also 0,3 Grad über dem absoluten Nullpunkt. Die geringe Zahl möglicher Kollisionen hilft, den Einschluss zu verlängern.
Vom Einschluss zur Messung
Das Ergebnis geht über die bloße Lagerung hinaus. Mit Mikrowellen lassen sich Übergänge zwischen Energieniveaus auslösen, die das Gerät erfassen kann. Diese Beherrschung macht die Bewegung des Positrons zu einem Werkzeug der Quantenmessung.
Das nächste Ziel betrifft sein magnetisches Moment, eine Eigenschaft, die sein Verhalten in einem Magnetfeld beschreibt. Die Autoren wollen es mit dem des Elektrons vergleichen, um die CPT-Symmetrie zu prüfen, ein grundlegendes Prinzip des Standardmodells der Teilchenphysik. Dieser Vergleich bleibt ein Ziel; keine Verletzung dieser Symmetrie wird durch diese Arbeit belegt.
Eine aktuelle Veröffentlichung, eine bereits geteilte Arbeit
Das Datum des 21. Oktober ist das der Veröffentlichung in der Zeitschrift und der Mitteilung der Universität. Das Manuskript war bereits seit dem 3. Mai auf arXiv verfügbar, mit einer Überarbeitung am 21. August. Das Erscheinen bedeutet also nicht, dass das Experiment in dieser Woche durchgeführt wurde.
Der Fortschritt liefert vor allem eine neue Methode, ein schwer aufzubewahrendes Teilchen zu untersuchen. Das Rätsel der Dominanz der Materie im Universum zu lösen, würde weitere Ergebnisse erfordern: Die Falle macht Tests möglich, ohne deren Antwort schon zu geben.