El estudio de la antimateria presenta un desafío de ingeniería único: debido a que la antimateria se aniquila instantáneamente al entrar en contacto con la materia regular, no puede mantenerse en contenedores de laboratorio estándar. Para superar esto, un equipo de físicos liderado por Gerald Gabrielse en la Universidad Northwestern desarrolló un método para aislar un solo positrón, el equivalente de antimateria de un electrón. Utilizando un isótopo radiactivo de sodio (sodio 22), el equipo generó positrones que luego fueron guiados a través de una lámina de tungsteno frío. Esta red cristalina actuó como un desacelerador, haciendo que las partículas perdieran energía al chocar con el material. Mientras que algunas partículas se aniquilaron durante este proceso, otras emergieron hacia una cámara de vacío mantenida a solo 0,3 grados Celsius por encima del cero absoluto.
Esta foto representa al equipo de investigación y el entorno del laboratorio donde se llevó a cabo el experimento.
Una vez en el vacío, los positrones fueron mantenidos en su lugar por un contenedor 'sin paredes' compuesto por campos eléctricos en la parte superior e inferior y campos magnéticos en los lados. Esta configuración permitió a los investigadores mantener un positrón solitario en un estado estable durante un mes completo. Este avance es significativo porque proporciona una plataforma estable para realizar mediciones cuánticas precisas, como determinar el momento magnético del positrón, es decir, la fuerza y orientación de su campo magnético. El equipo tiene como objetivo medir la energía necesaria para invertir el espín de la partícula y la energía necesaria para moverla desde su estado fundamental hasta su primer estado excitado.
Estas mediciones están destinadas a poner a prueba el Modelo Estándar de la física de partículas, el cual predice que un positrón debería tener un momento magnético exactamente opuesto al de un electrón. El equipo ya ha logrado una precisión de una parte en 10 billones al medir un electrón; ahora buscan replicar esto para el positrón. Tal comparación es vital para comprender la 'asimetría materia-antimateria' del universo. La teoría actual sugiere que el Big Bang produjo cantidades iguales de ambos, pero la mayor parte de la antimateria desapareció, dejando un pequeño exceso de materia para formar las estrellas y los planetas. Si el momento magnético del positrón se desvía aunque sea ligeramente del opuesto predicho para un electrón, podría proporcionar una pista clave sobre por qué la materia prevaleció sobre la antimateria en el universo temprano.