Идея о существовании чего-то вроде антиматерии возникла в конце 1920-х годов. Лишь несколько лет спустя были открыты позитроны, античастицы электронов. Хотя позитроны встречаются на Земле в природе, антипротоны, античастицы протонов, должны быть созданы искусственно. Накопитель Antiproton Decelerator в ЦЕРНе производит охлажденные антипротоны в больших количествах для широкого круга экспериментов с антивеществом.
В экспериментах, проводимых группой BASE, членом которой является Университет Йоханнеса Гутенберга в Майнце (JGU), одиночные ультрахолодные антипротоны изучаются в ловушке электромагнитных частиц.Система состоит из трех ловушек Пеннинга. Ловушка-резервуар хранит облако антипротонов для эксперимента и поставляет отдельные частицы в ловушку комагнитометра и фактическую ловушку для анализа.
Ловушка комагнитометра предназначена для непрерывного контроля магнитного поля. Ловушка для анализа окружена чрезвычайно большой неоднородностью магнитного поля 300 килотесла на квадратный метр.Эта сверхмощная неоднородность магнитного поля является фундаментальным требованием для обнаружения переворотов спина — метода, разработанного лауреатом Нобелевской премии Гансом Георгом Демельтом в 1987 году для измерения магнитного момента электрона и позитрона. «Однако в нашем случае проблема гораздо сложнее, потому что магнитный момент протона и антипротона примерно в 660 раз меньше по сравнению», — написали ученые BASE в статье, опубликованной в Nature Communications.
Принцип, используемый для измерения магнитного момента отдельных протонов, был разработан пять лет назад в сотрудничестве с группой Института физики Университета Йоханнеса Гутенберга в Майнце под руководством профессора Йохена Вальца. Благодаря высокоточному измерению протона в 2014 году, это сотрудничество является бесспорным лидером исследовательской группы в этой области.G-фактор измерен с шестикратной точностьюМетод, используемый для анализа антипротона, основан на том же принципе.
G-фактор был определен на основе шести отдельных измерений с погрешностью всего 0,8 частей на миллион. Значение 2,7928465 (23) в шесть раз точнее предыдущего рекорда, достигнутого другой исследовательской группой ЦЕРН в 2013 году. Еще в 2011 году магнитный момент антипротона был известен только с точностью до трех десятичных знаков.
Новый результат согласуется с g-фактором протона, измеренным в Майнце в 2014 году, а именно 2,792847350 (9). «Это означает, что в рамках нашей экспериментальной неопределенности мы не можем обнаружить никакой разницы между протонами и антипротонами. На этом уровне наши измерения согласуются с предсказаниями Стандартной модели», — заявил Стефан Улмер, координатор BASE в ЦЕРНе и бывший член Walz ‘в Университете Майнца.
Таким образом, протоны и антипротоны по-прежнему кажутся зеркальными отображениями друг друга, а это означает, что до сих пор нет объяснения того, почему материя вообще существует и не просто испарилась в первые моменты Большого взрыва. Коллаборация BASE намеревается пойти еще дальше, повысив точность измерений с помощью метода двойной ловушки Пеннинга. Это сложный метод, который использовался для измерений протонов в Майнце в 2014 году и предлагает возможность повышения точности в 1000 раз.«Асимметрия между материей и антивеществом настолько очевидна, что должно было произойти что-то, что еще не может быть обнаружено с помощью методов, доступных в настоящее время современной физике.
Поэтому наша главная цель — найти подходы, которые могут помочь решить эту необычную загадку», — сказал Улмер из планы на будущее группы. Помимо Университета Йоханнеса Гутенберга в Майнце, в исследовательские проекты вовлечены также исследовательский центр RIKEN в Японии, Институт ядерной физики Макса Планка в Гейдельберге, Ганноверский университет имени Лейбница и Центр исследований тяжелых ионов GSI им.
Гельмгольца в Дармштадте.