Forbedrede målinger af antiprotoner magnetisk moment uddybe mysteriet om baryonisk asymmetri

Et af fysikkens dybeste mysterier i dag er, hvorfor vi ser ud til at leve i en verden, der kun består af stof, mens Big Bang burde have skabt lige store mængder stof og antimateriale. Jorden rundt, forskere, herunder Stefan Ulmers team fra RIKEN, designer og udfører højpræcisionsmålinger for at forsøge at opdage grundlæggende forskelle mellem stof og antimateriale, der kan føre til uoverensstemmelsen.

I arbejde udgivet i Naturkommunikation , Ulmers team har fundet ud af, at antiprotonets magnetiske moment er ekstremt tæt på protonets. Forskerne brugte en sofistikeret teknik med seks gange højere nøjagtighed end tidligere, som indebærer at fange individuelle partikler i en magnetisk enhed.

For at udføre eksperimenterne, de tog antiprotoner genereret af CERN's Antiproton Decelerator og placerede dem i en kraftfuld magnetisk enhed - kaldet en Penning -fælde - hvor de kunne opbevares i perioder på mere end et år. Når de foretog målingerne - til tider omhyggeligt valgt til at falde i løbet af nattevagter eller i weekenden for at minimere magnetisk interferens - tog de individuelle antiprotoner fra indeslutningsfælden og flyttede dem ind i en anden fælde, hvor de blev afkølet til næsten det absolutte nulpunkt og placeret i et kraftigt og komplekst magnetfelt, tillader gruppen at måle det magnetiske moment.

Baseret på seks målinger udført ved hjælp af denne metode, gruppen fandt ud af, at momentet (g-faktor) for antiprotonen er 2,7288655 (23), mens protonens tidligere viste sig at være 2.792847350 (9) - hvor tallet i parentes angiver mængden af ​​usikkerhed i de sidste cifre. Dette sætter de to målinger - som begge er absolutte, snarere end relative - til inden for 0,8 ppm af hinanden.

Ifølge Ulmer, "Vi ser en dyb modsætning mellem standardmodellen for partikelfysik, under hvilken protonen og antiprotonen er identiske spejlbilleder af hinanden, og det faktum, at på kosmologiske skalaer, der er en enorm kløft mellem mængden af ​​stof og antistof i universet. Vores eksperiment har vist, baseret på en måling seks gange mere præcis end nogen tidligere, at standardmodellen holder, og at der synes, faktisk, at være nogen forskel i proton/antiproton magnetiske øjeblikke ved den opnåede måleusikkerhed. Vi fandt ingen beviser for CPT -overtrædelse. "

I fremtidige forsøg, holdet planlægger at målrette anvendelsen af ​​en endnu mere sofistikeret dobbelt Penning trap teknik. Med denne metode, 1000 gange forbedrede målinger er mulige. Gruppen har allerede anvendt denne teknik til at måle det protonmagnetiske moment og har også de nødvendige metoder til rådighed til at udføre denne måling med antiprotonen. "Imidlertid, implementeringen af ​​denne eksperimentelle ordning er teknisk meget udfordrende, og vil kræve flere iterationer ", siger Hiroki Nagahama, en ph.d. studerende i Ulmers gruppe og første forfatter til undersøgelsen. "Vi planlægger at udføre denne måling i en af ​​de næste antiprotonkørsler."