Позитрон поймали на месяцы: прорыв в разгадке тайны материи

В конце октября 2026 года физики из Северо-Западного университета США впервые удержали одиночный позитрон в ловушке Пеннинга на протяжении нескольких месяцев. Эксперимент, детали которого опубликованы в журнале Physical Review Letters, создаёт беспрецедентные условия для сверхточного измерения магнитного момента этой античастицы. Это прямой путь к проверке фундаментальной симметрии мироздания.

Получить античастицу в лаборатории относительно несложно. Проблема кроется в другом. Позитрон мгновенно аннигилирует при малейшем контакте с обычным веществом, превращаясь в чистую энергию. Чтобы предотвратить эту катастрофу, исследователи использовали радиоактивный изотоп натрий-22, чей естественный бета-распад рождает быстрые положительно заряженные частицы, которые затем искусственно замедляли, пропуская поток через специальный кристалл вольфрама, и загоняли в сверхвысоковакуумную камеру. Температура внутри установки упала до 300 милликельвинов, что составляет всего три десятых градуса выше абсолютного нуля, а магнитное поле достигло внушительных 5,6 Тесла. Грубо говоря, частицу буквально заморозили и подвесили в идеальной пустоте, лишив её малейшего шанса коснуться стенок прибора. Так родился «однопозитронный квантовый циклотрон».

«Это настоящий кайф — стоять в своей лаборатории и смотреть, как позитрон совершает переходы между состояниями с наименьшей энергией», — признаётся профессор Джеральд Габриэлс, руководивший исследованием. Он называет эти микроскопические события «квантовыми скачками». На практике подобные эксперименты регулярно срываются из-за мельчайших вибраций здания или случайных вспышек света, которые мгновенно разрушают хрупкое квантовое состояние. Те, кто работал с криогенным оборудованием такого класса, знают: поддержание стабильных условий глубоко под землёй требует титанических усилий по электромагнитной и тепловой изоляции. Любая посторонняя частица способна перечеркнуть месяцы подготовки.

Зачем науке понадобилась такая ювелирная точность? Стандартная модель элементарных частиц предсказывает полную идентичность магнитных моментов электрона и позитрона, отличая их исключительно знаком электрического заряда. Однако если бы эта симметрия соблюдалась абсолютно идеально, после Большого взрыва вся материя и антиматерия взаимно уничтожились бы, оставив после себя лишь холодное море излучения. Мы существуем вопреки этому базовому правилу. Теперь учёные намерены измерить магнитный момент позитрона с точностью до тринадцатого знака после запятой, чтобы найти хоть малейшее отклонение от свойств обычного электрона. Ранее та же группа исследователей уже добилась феноменальной точности в измерениях для частицы материи, используя аналогичную конфигурацию ловушки.

Как отмечает профессор Штефан Ульмер из японского научного института RIKEN, этот подход имеет реальный шанс стать одним из самых точных измерений фундаментальной константы в истории физики. Обнаружение даже микроскопического расхождения между электроном и его антиподом укажет на неизвестный механизм, вызвавший изначальный перекос в пользу материи. Именно этот механизм и позволил сформироваться звёздам, галактикам и нам с вами.

Судьбоносные замеры физики планируют полностью завершить в течение ближайшего года. Что из этого выйдет — большой вопрос. Но если цифры вдруг не совпадут, учебники по квантовой механике придётся переписывать с чистого листа.

Никита Карпов

Главный редактор

Пишу о гаджетах, нейросетях и том, как технологии меняют нашу жизнь. Проверяю всё на себе, чтобы вы не тратили деньги зря.