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Un positrone intrappolato per mesi: il nuovo strumento per studiare l’antimateria
I ricercatori della Northwestern University hanno confinato un singolo positrone per mesi e ne hanno risolto i livelli quantistici più bassi. Il nuovo ciclotrone quantistico potrebbe consentire un confronto più preciso tra il momento magnetico del positrone e quello dell’elettrone.
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Key takeaways
- I ricercatori della Northwestern University hanno confinato un singolo positrone per mesi e ne hanno risolto i livelli quantistici più bassi.
- Il nuovo ciclotrone quantistico potrebbe consentire un confronto più preciso tra il momento magnetico del positrone e quello dell’elettrone.
- L’obiettivo del gruppo è migliorare di 150 volte la precisione delle misure sul positrone: è un traguardo futuro, non un risultato già ottenuto.
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Un positrone — la controparte di antimateria dell’elettrone — è rimasto confinato per mesi in una trappola di Penning ed è stato controllato nei suoi stati quantistici più bassi. I fisici della Northwestern University chiamano l’apparato un «ciclotrone quantistico a un solo positrone»: uno strumento che potrebbe rendere molto più precise le future misure del suo momento magnetico. 3
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Il risultato riguarda la capacità di isolare e controllare la particella, non la scoperta di una differenza tra materia e antimateria. Per ora, infatti, il confronto decisivo con l’elettrone deve ancora essere effettuato. 11
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Come si intrappola una particella senza toccarla
Una trappola di Penning usa campi elettrici e magnetici per confinare una particella carica. In questo modo il positrone resta sospeso nel campo magnetico, senza entrare in contatto con le pareti materiali dell’apparato. Lo studio descrive la risoluzione dei livelli energetici più bassi del moto ciclotronico e dello spin: in altre parole, i ricercatori possono distinguere gli stati quantistici della particella mentre è isolata. 3
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Catturare un positrone è difficile anche perché quelli prodotti dal decadimento radioattivo possono avere energie elevate e devono essere rallentati prima di poter essere confinati. 12 Secondo le notizie sull’esperimento, il gruppo ha raffreddato la particella fino a circa 300 millikelvin. Ma il risultato non consiste soltanto nel raggiungere una temperatura molto bassa: la novità è anche poter identificare e controllare i suoi stati quantistici.
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Una volta intrappolato, il positrone può essere manipolato con microonde: i ricercatori lo portano da uno stato quantistico a un altro e ne rilevano le transizioni. 4
11 Questo controllo apre una strada a misure del momento magnetico più precise di quelle basate soltanto sul moto ciclotronico classico.
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Perché interessa il momento magnetico
Il momento magnetico descrive come una particella risponde a un campo magnetico. Misurarlo nel positrone e confrontarlo con quello dell’elettrone permette di mettere alla prova una simmetria fondamentale della fisica delle particelle. Secondo la simmetria CPT, i due momenti magnetici dovrebbero avere lo stesso valore assoluto e segno opposto. 11
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Il gruppo della Northwestern ha già riportato una misura del momento magnetico dell’elettrone con un’incertezza di 0,13 parti per trilione. 32 Per il positrone, la pagina del gruppo indica l’obiettivo di ottenere una misura 150 volte più precisa rispetto alle precedenti, così da rendere più stringente il confronto. È un obiettivo di ricerca, non un risultato conseguito con il nuovo apparato.
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Se misure ripetibili confermassero una differenza, sarebbe necessario verificare con particolare attenzione l’esperimento e le sue incertezze: il risultato metterebbe in discussione la relazione attesa tra elettrone e positrone. La nuova trappola rende possibile un test più sensibile, ma non ha dimostrato una simile discrepanza. 11
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Un passo verso la verifica, non una risposta definitiva
Lo studio presenta un ciclotrone quantistico a un solo positrone in cui sono stati risolti i livelli più bassi del moto ciclotronico e dello spin. Le notizie sull’esperimento riferiscono che la particella è stata mantenuta nella trappola per mesi. Insieme, questi risultati forniscono una base per future misure di precisione. 3
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Il prossimo passaggio sarà confrontare direttamente il momento magnetico del positrone con quello dell’elettrone. Finché la misura non sarà effettuata e un’eventuale differenza non sarà verificata, l’esperimento non dimostra né una violazione delle leggi note della fisica né una spiegazione dello squilibrio tra materia e antimateria nell’universo.
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I ricercatori della Northwestern University hanno confinato un singolo positrone per mesi e ne hanno risolto i livelli quantistici più bassi.
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I ricercatori della Northwestern University hanno confinato un singolo positrone per mesi e ne hanno risolto i livelli quantistici più bassi. Il nuovo ciclotrone quantistico potrebbe consentire un confronto più preciso tra il momento magnetico del positrone e quello dell’elettrone.
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L’obiettivo del gruppo è migliorare di 150 volte la precisione delle misure sul positrone: è un traguardo futuro, non un risultato già ottenuto.
Sources
newscientist.comA single antimatter particle was held in a trap for months
arxiv.orgOne-Positron Quantum Cyclotron - arXiv
physicsworld.comOne-positron quantum cyclotron could put the Standard Model to the test – Physics World
sciencealert.comPhysicists Trapped a Particle of Antimatter And Kept It Caged For ...
