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囚禁单个正电子,为比较物质与反物质作准备

· BehindLines 编辑部

美国西北大学的研究团队把一个正电子保存在电磁阱中数月,并成功区分了它的量子态。这项实验于10月21日发表于《物理评论快报》,为今后更精确地与电子进行比较作准备。研究尚未报告物质与反物质之间存在差异。

不靠容器壁保存粒子

正电子是电子的反粒子。两者相遇会发生湮灭,因此普通容器无法用来保存正电子。Gerald Gabrielse领导的团队使用彭宁阱,利用电场和磁场让粒子远离容器壁。

实验中的正电子来自钠-22的衰变。研究人员先让它们减速,再在近乎真空的环境中捕获其中一个。装置冷却至约300毫开尔文,也就是比绝对零度高0.3度。可能发生的碰撞很少,有助于延长囚禁时间。

从囚禁走向测量

成果不只是把粒子存放起来。微波能够使它在不同能级之间跃迁,装置则可探测这些变化。对运动的这种控制,让正电子成为量子测量的工具。

下一步目标是测量其磁矩,即描述粒子在磁场中行为的一项性质。作者希望把它与电子的磁矩比较,以检验粒子物理标准模型的一项基本原则——CPT对称性。这一比较仍是研究目标;本项工作没有证实该对称性遭到破坏。

论文刚发表,工作早已公开

10月21日是期刊论文和大学新闻稿的发布日期。手稿早在5月3日便已上传arXiv,并于8月21日修订。因此,论文发表不等于实验是在本周完成的。

这项进展主要提供了研究难以保存粒子的新方法。要解释宇宙中物质为何占主导地位,还需要其他结果。这个阱让相关检验成为可能,却尚未给出检验的答案。

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