Un equipo de la Universidad Northwestern ha mantenido un positrón atrapado durante meses y ha demostrado que puede controlar y observar sus estados cuánticos. El resultado, publicado el 21 de octubre en Physical Review Letters, prepara el terreno para comparar con mayor precisión las propiedades magnéticas del electrón y de su equivalente de antimateria.

La investigación está dirigida por Gerald Gabrielse y tiene como primer autor a Thomas Myers. Según la explicación de Northwestern, el sistema mantiene la partícula aislada en un vacío casi perfecto mediante campos eléctricos y magnéticos. Así evita que entre en contacto con materia ordinaria y se aniquile.

Una trampa a temperaturas próximas al cero absoluto

El dispositivo, denominado ciclotrón cuántico de un solo positrón, permite trabajar con niveles de energía bien definidos. La idea puede compararse con una escalera: el experimento distingue peldaños individuales y permite observar cuándo la partícula pasa de uno a otro. Esa capacidad de control resulta esencial para realizar mediciones precisas.

El artículo científico describe una trampa de Penning refrigerada hasta unos 300 milikelvin, equivalentes a 0,3 grados sobre el cero absoluto, y un campo magnético de 5,6 teslas. Los positrones proceden de una fuente de sodio-22 y deben perder gran parte de su energía antes de quedar confinados.

Introducir una partícula requiere actualmente entre ocho y once horas. Una vez capturada, las microondas permiten provocar transiciones entre niveles de energía. Los investigadores detectan esos cambios sin que la propia lectura altere los estados que quieren estudiar, una técnica conocida como medición cuántica no destructiva.

Qué permitirá comprobar sobre la antimateria

El objetivo es medir el momento magnético del positrón, una propiedad que describe su respuesta a un campo magnético. Su comparación con el electrón permitiría examinar la simetría CPT, un principio fundamental de la teoría de campos que exige, entre otras consecuencias, momentos magnéticos de igual magnitud y signo opuesto para ambas partículas.

En su análisis para Physics, de la Sociedad Americana de Física, el investigador Paolo Crivelli señala que esta técnica abre una vía hacia una mejora de unas treinta veces en la precisión de la medida del positrón. También subraya que la demostración todavía no proporciona esa medición: harán falta espectroscopia detallada y control de los errores sistemáticos.

Por tanto, el trabajo no demuestra una ruptura de esa simetría ni resuelve por qué el universo observable contiene mucha más materia que antimateria. Su aportación consiste en disponer de una herramienta experimental para someter una predicción fundamental a comprobaciones más exigentes.