Northwestern University realiseerde een quantumcyclotron met één positron en controleerde de laagste cyclotron- en spintoestanden van het antideeltje. De studie verscheen op 21 oktober 2026 in Physical Review Letters; daarin staat dat het positron in deze realisatie één maand werd opgesloten. Northwestern omschreef de duur in aankondigingen als „maanden”. De vergelijking van het magnetisch moment met dat van een elektron was nog toekomstig werk. (De studie in Physical Review Letters; Northwestern University, 22 oktober 2026)
Wat het experiment aantoonde
Een positron is de antimaterieversie van een elektron. De onderzoekers hielden één positron vast in een cilindrische Penning-val, waarin elektrische en magnetische velden geladen deeltjes opsluiten. Ze konden de laagste cyclotron- en spintoestanden van het positron afzonderlijk waarnemen en met afgestemde microgolven overgangen tussen kwantumtoestanden opwekken. Daarmee demonstreerde het team opsluiting en controle van één deeltje, niet de uitkomst van een vergelijking met een elektron.
Zo komt het positron de Penning-val binnen
Een radioactieve natrium-22-bron levert positronen. Een wolfraammoderator remt een positron af, waarna het zich tijdelijk bindt aan een elektron. Samen vormen ze positronium: een neutraal, sterk gemagnetiseerd atoomachtig systeem. Doordat het elektrisch neutraal is, kan het door een opening van 625 micrometer de val in. Daar ioniseert een elektrisch veld het positronium: het elektron raakt los en het positron blijft gevangen. (Het onderzoekmanuscript)
Een positron laden duurde in deze opstelling ongeveer 8 tot 11 uur. Het team moest dus niet alleen een manier vinden om het deeltje binnen te krijgen, maar ook de toestand ervan kunnen controleren zodra het opgesloten zat.
Hoe het team vaststelde dat er één positron zat
De onderzoekers maten de axiale beweging van het positron, de oscillatie langs de as van de val. Veranderingen in de spin- of cyclotronstaat verschoven de frequentie van die beweging. Voor één positron rapporteert het manuscript een verschuiving van ongeveer 3,8 hertz; het zwaartepuntsignaal van twee positronen zou half zo groot zijn. Zulke frequentieverschuivingen gaven het team een meetbare aanwijzing voor het aantal opgesloten deeltjes. (Het onderzoekmanuscript)
Voor de metingen gebruikten de onderzoekers een kwantumnondemolitie-techniek. Daarmee konden ze informatie over de spin- en cyclotronstaat afleiden zonder die toestand door de meting zelf te veranderen.
De vergelijking met het elektron is een volgende stap
Northwestern beschreef op 22 oktober 2026 een nauwkeurige meting van het magnetisch moment van het positron en een vergelijking met het elektron als toekomstig werk. Voor het elektron bestaat al een referentiemeting met een precisie van ongeveer één deel op 10 biljoen. Een vergelijkbare positronmeting zou een precieze test mogelijk maken van de voorspelling dat de magnetische momenten van de twee deeltjes overeenkomen. De nieuwe studie rapporteerde die positronmeting of vergelijking niet. (Northwestern University; de studie in Physical Review Letters)
