Согласно стандартной модели наша Вселенная должна иметь равное количество вещества и антивещества, но на самом деле это не так. Чтобы выяснить, почему, ученые всего мира пытаются обнаружить крошечные различия между ними, которые могут разгадать загадку. Одним из многообещающих направлений является изучение того, существуют ли различия в магнитном моменте протона и антипротона, и эксперимент BASE, проводимый в ЦЕРНе, пытается определить это. Используя сложное устройство – ловушку Пеннинга, способную улавливать и обнаруживать одну частицу – команда BASE в прошлом смогла повысить точность измерения магнитного момента протона и антипротона в тридцать раз и более чем на три порядка. величины соответственно, что приводит к проверке симметрии материи / антивещества на уровне 1.5 частей на миллиард, обнаружив, что магниты в протоне и антипротоне похожи на девять значащих цифр!
Одна из многих трудностей при проведении таких экспериментов состоит в том, что для точного измерения магнитных моментов частицы должны храниться при температурах, близких к абсолютному нулю, -273.15 ° С. В предыдущих экспериментах холодные температуры были получены с помощью метода, известного как «селективное резистивное охлаждение», которое требует много времени и, по словам исследователей, «похоже на бросание кости со 100 гранями при попытке бросить 1."
Для текущего эксперимента, опубликованного в Nature, коллаборация BASE сообщила о первой в истории демонстрации «симпатического охлаждения» одиночного протона путем связывания частицы с облаком охлаждаемых лазером ионов 9Be +. Симпатическое охлаждение включает использование лазеров или других устройств для охлаждения одного типа частиц, а затем использование этих частиц для передачи тепла частицы, которую они хотят охладить.
С помощью этой техники группа одновременно охлаждала резонансный режим макроскопической сверхпроводящей настраиваемой схемы с помощью лазерно-охлаждаемых ионов, а также добивалась симпатического охлаждения одиночного захваченного протона, достигая температуры, близкой к абсолютному нулю.
Техника, описанная в недавней статье, является важным первым шагом на пути к значительному уменьшению граней на множестве игральных костей, с видением идеального уменьшения поверхности до одного. «Мы сообщаем о важном первом шаге, и дальнейшее развитие этого метода в конечном итоге приведет к идеальному эксперименту с переворотом спина, в котором один низкотемпературный протон будет подготовлен всего за несколько секунд.
Это позволит нам определить состояние спина частицы всего за одно измерение, которое занимает около минуты », – говорит Кристиан Сморра, один из ученых, возглавляющих исследование. «Это значительно быстрее, чем наши предыдущие измерения магнитного момента, и улучшит как статистику выборки, так и разрешающую способность наших систематических исследований», – добавляет Мэтью Боман, аспирант Института ядерной физики им. Макса Планка в Гейдельберге и первый автор исследования. учиться.
"Кроме того, заявленное достижение находит применение не только в измерениях магнитного момента протона / антипротона. Он добавляет общую новую технологию в набор инструментов прецизионной физики ловушек Пеннинга, а также имеет потенциальные применения в других измерениях ядерного магнитного момента, сверхточных сравнениях отношения заряда к массе в ловушках Пеннинга или даже для увеличения производства. антиводорода ", – добавляет Стефан Улмер, представитель коллаборации BASE и главный научный сотрудник лаборатории фундаментальных симметрий RIKEN.
Коллаборация BASE проводит три эксперимента: один на фабрике антивещества в ЦЕРНе, один в Университете Ганновера и один в Университете Майнца, лаборатории, где фактически был реализован новый метод. Представленное исследование является результатом совместного сотрудничества RIKEN, Немецкого общества Макса Планка, университетов Майнца, Ганновера и Токио, Немецкого метрологического института PTB, CERN и GSI Darmstadt.
Работа поддержана Центром Макса Планка, RIKEN, PTB по времени, константам и фундаментальным симметриям.