单个正电子被困于量子回旋加速器中，用于检验CPT对称性
美国西北大学的物理学家将单个正电子（电子的反物质孪生体）困在“量子回旋加速器”中，为检验粒子物理标准模型的一项关键预言开辟了新途径。这项由杰拉尔德·加布里埃尔斯（Gerald Gabrielse）领导的研究于10月21日在线发表于Physical Review Letters。
正电子与电子质量相同，但电荷大小相等、符号相反。与电子一样，它的行为也像一根微小的条形磁铁，根据标准模型，其磁矩（即这块磁铁的强度）应与电子的磁矩大小完全相等、方向相反。
为什么要比较正电子与电子
这一预言源于CPT对称性。它指出，如果同时把每个粒子换成其反粒子（C）、把宇宙翻转成镜像（P）并让时间倒流（T），物理定律将保持不变。最灵敏的检验之一，就是比较正电子与电子的磁矩。任何差异都将暗示标准模型之外的新物理。
电子测量的精度已达到约十万亿分之一，而最好的正电子比较结果要低好几个数量级。主要障碍在于，要把正电子置于足够孤立、足够寒冷的环境中，才能进行精确得多的测量。
正电子是如何被捕获的
研究团队从放射性钠源获取正电子，该源会以极高的速度抛出正电子，随后团队将其大幅减速。为了约束单个正电子，他们先让它与一个电子配对形成正电子素，这是一种电中性的原子。正电子素在阱内被拆散，留下了正电子。
随后，这个反粒子被保持在潘宁阱中，该装置利用电场和磁场让粒子原地绕圈运动，很像粒子加速器中所用回旋加速器的微型版本。该阱被冷却到仅比绝对零度高出零点几度，使正电子能够进入能量最低的圆周运动状态。
读取运动与自旋
由于正电子的能量被划分为彼此清晰分隔的离散台阶，研究人员可以利用微波一次一级地将其向上或向下推动，并追踪其自旋（与其磁性相关的属性）的翻转。他们通过监测正电子在阱内来回摆动时的微小变化来读取这些状态，从而在不干扰其运动和自旋的情况下同时探测二者。
据报告称，正电子一旦被捕获，可以保存数月。这为未来的实验铺平了道路，这些实验有望以媲美现有电子测量的精度测量其磁矩。这项工作本身并未测量磁矩：论文展示的是捕获技术和量子回旋加速器方法。
这项研究属于akm.news科学报道的一部分。