CERN experiment oznamuje šesťnásobné zlepšenie merania magnetického momentu antiprotónu
BASE kolaborácia z CERNu píše v článku, ktorý bol publikovaný v Nature Communications, o najpresnejšom meraní magnetického momentu antiprotónu, čo umožňuje porovnanie hmoty s antihmotou na fundamentálnej úrovni. Výsledok experimentu BASE ukazuje, že magnetické momenty protónu a antiprotónu sú rovnaké s výnimkou opačných znamienok pri neurčitosti merania na úrovni 0.8 častí z milióna (ppm). Znamená to šesťnásobné zlepšenie presnosti predchádzajúceho výsledku kolaborácie ATRAP z CERNu z r. 2013.
Na úrovni elementárnych častíc existuje takmer dokonalá symetria medzi hmotou a antihmotou. Avšak na kozmologických škálach množstvo hmoty prevyšuje množstvo antihmoty. Pochopenie tohoto hlbokého protikladu si vyžaduje, aby fyzici porovnali fundamentálne vlastnosti častíc a ich antičastíc s vysokou presnoťou.
Experiment BASE využíva antiprotóny z jedinečnej továrne na antihmotu v CERNe, ktorou je Antiprotónový spomaľovač (AD). BASE je špeciálne navrhnutý na vysokopresné merania častíc antihmoty. Magnetický moment, ktorý určuje ako sa správa častica v magnetickom poli, je jednou z najštudovanejších vnútorných vlastností častice. Hoci rôzne častice majú rôzne magnetické správanie, magnetické momenty protónov a antiprotónov by sa mali líšiť iba v znamienku v dôsledku tzv. CPT (náboj-parita-čas) symetrie. Ľubovoľný rozdiel v ich veľkosti by bol narušením Štandardného modelu časticovej fyziky a mohol by poskytnúť pohľad na novú fyziku.
Kolaborácia BASE vo svojich experimentoch ochladí antiprotóny na extrémne nízke teploty okolo 1 stupňa nad absolútnou nulou a uväzní ich pomocou sofistikovaných elektromagnetických nádob, aby neprišli do kontaktu s hmotou a neanihilovali (vďaka takýmto zariadeniam BASE nedávno dokázal udržať zväzok antiprotónov viac ako rok). Odtiaľto sú antiprotóny presúvané po jednom do ďalších pascí, v ktorých výskumníci na základe ich správania v magnetickom poli určia ich vnútorný magnetický moment. Podobné techniky už boli v minulosti úspešne využité pri elektrónoch a ich antičasticiach pozitrónoch, ale antiprotóny predstavujú oveľa tvrdší oriešok, pretože ich magnetické momenty sú oveľa slabšie. Nové meranie experimentu BASE si vyžadovalo špeciálne navrhnutú magnetickú “fľašu”, tisíckrát silnejšiu ako v prípade elektrón/pozitrónových experimentov.
"Toto meranie je zatiaľ vrcholom desaťročnej ťažkej práce BASE tímu," povedal Stefan Ulmer, hovorca kolaborácie BASE. "Spolu s ďalšími AD experimentami robíme rapídny pokrok v našom chápaní antihmoty."
BASE teraz plánuje merať antiprotónový magnetický moment s využitím novej techniky uväznenia, ktorá by mala dosiahnuť presnosť na úrovni niekoľko častí z miliardy – t.j. zlepšenie faktorom 200 až 800. "Implementácia tejto metódy je oveľa náročnejšia ako terajšej metódy a bude si vyžadovať niekoľko postupných kroko," povedal prvý autor Hiroki Nagahama.
