L’antimateria è eccezionalmente difficile da studiare perché si annichila quando entra in contatto con la materia ordinaria. Un team di fisici ha ora intrappolato un singolo positrone, l’antiparticella dell’elettrone, e lo ha mantenuto sospeso per mesi, creando nuove possibilità per esperimenti di precisione.

Il risultato, pubblicato su Physical Review Letters, si basa su quello che i ricercatori chiamano un «ciclotrone quantistico a singolo positrone». Il dispositivo è progettato per isolare sufficientemente la particella da esaminare una delle ipotesi centrali della fisica moderna: che elettroni e positroni dovrebbero avere masse e momenti magnetici identici, con segni opposti.

I positroni vengono prodotti da una sorgente radioattiva di sodio-22 e devono essere raffreddati a circa 300 millikelvin, appena una frazione di grado sopra lo zero assoluto. Secondo i ricercatori, ciò riduce la loro energia di oltre dieci ordini di grandezza in un periodo molto breve.

Per caricare la particella nella trappola, il positrone si combina brevemente con un elettrone formando il positronio, un atomo esotico elettricamente neutro. Questo atomo può attraversare una minuscola apertura di 625 micrometri fino a una regione di intrappolamento, dove un intenso campo elettrico lo ionizza e lascia il positrone confinato.

La procedura è estremamente impegnativa: caricare un singolo positrone richiede tra otto e 11 ore. Una volta catturata, tuttavia, la particella può rimanere isolata per mesi, consentendo agli scienziati di studiarla in condizioni controllate.

La motivazione alla base del lavoro è legata a una delle più grandi domande senza risposta della fisica: perché l’universo contiene molta più materia che antimateria. Il Modello Standard suggerisce che il Big Bang avrebbe dovuto produrre quantità uguali di entrambe. Una differenza tra elettroni e positroni potrebbe quindi indicare una violazione della simmetria prevista.

Nel 2023, lo stesso team della Northwestern University ha misurato il momento magnetico dell’elettrone, espresso attraverso il suo fattore g, con una precisione di 0,13 parti per miliardo. Il confronto diretto esistente tra elettrone e positrone risale al 1987 e li ha trovati uguali entro 2,1 parti per miliardo.

Il nuovo ciclotrone è destinato a migliorare di circa 30 volte la precisione della misurazione del momento magnetico del positrone. L’apparato ha ora dimostrato di poter catturare e trattenere la particella, ma la misurazione ad alta precisione non è ancora stata completata.

Il responsabile della ricerca, Gerald Gabrielse, ha affermato che, se si scoprisse che elettroni e positroni non sono identici, ciò rappresenterebbe «la più grande scoperta della fisica dell’ultimo secolo».

Fonti: Xataka.