Evrenin neden maddeden oluştuğu, fiziğin en eski sorularından biri. Northwestern Üniversitesi’nden bir ekip, bu soruya yaklaşmak için tek bir pozitronu, yani elektronun antimadde ikizini, aylarca yakalayıp kuantum temel durumuna soğutmayı başardı. Çalışma, madde ve antimadde arasındaki olası farkları aramak için hassas bir ölçüm yolu açıyor.

Tek bir parçacık, aylarca tuzakta

Araştırmacılar pozitronu, güçlü bir manyetik alan ve elektrik alanlarla parçacığı havada tutan Penning tuzağında hapsetti. Kaynak olarak küçük bir sodyum-22 numunesi kullanıldı; yavaşlatılan pozitronların tuzağa yüklenmesi yaklaşık 8 ila 11 saat sürüyor. Parçacık bir kez yakalandıktan sonra ise aylarca tuzakta kalabiliyor. Bu süre, tek bir antimadde parçacığı üzerinde uzun ve tekrarlanabilir deneyler yapılmasına imkân tanıyor.

Kuantum temel durumuna soğutma

Tuzak, bir seyreltme soğutucusuyla yaklaşık 300 milikelvin sıcaklıkta tutuluyor. Bu sıcaklıkta pozitronun ilk enerji seviyesine termal olarak yükselme ihtimali yaklaşık 100 milyarda bir düzeyine iniyor. Böylece parçacığın dairesel hareketi kuantum temel durumuna oturuyor. Ekip, tek tek enerji sıçramalarını ve spin dönmelerini gözlemleyebildi. Spin, parçacığın küçük bir mıknatıs gibi davranmasını sağlayan temel özelliği olarak düşünülebilir.

Madde ile antimadde gerçekten aynı mı?

Bu hassasiyet, pozitronun manyetik momentinin çok daha kesin ölçülmesinin yolunu açıyor. Sonuç, elektronun bilinen değeriyle karşılaştırıldığında CPT simetrisi adı verilen temel bir ilkeyi sınayacak. Bu ilke, madde ile antimaddenin birbirinin kusursuz aynası olduğunu söylüyor. Araştırmacılar, deneyin geliştirilmesiyle leptonlar için bu testin önceki ölçümlerden 30 kattan fazla daha hassas yapılabileceğini belirtiyor. Küçük bir sapma bile fizik kitaplarını değiştirebilir.