Международная исследовательская коллаборация BASE в Европейской организации ядерных исследований (ЦЕРН) в Женеве, возглавляемая профессором доктором Стефаном Ульмером из Университета имени Генриха Гейне в Дюссельдорфе (HHU), достигла экспериментального прорыва в исследовании асимметрии материи и антиматерии во Вселенной. Новая разработка позволяет измерять массу и магнитный момент антипротонов точнее, чем когда-либо прежде, что может помочь выявить возможные различия между частицами материи и антиматерии.
После Большого взрыва более 13 миллиардов лет назад Вселенная была заполнена высокоэнергетическим излучением, которое постоянно генерировало пары частиц материи и антиматерии, такие как протоны и антипротоны. Однако, по неизвестным причинам, во Вселенной существует дисбаланс, поскольку антиматерия практически не наблюдается. Это противоречит стандартной модели физики элементарных частиц, и физики десятилетиями пытаются расширить её, проводя чрезвычайно точные измерения фундаментальных физических параметров.
Коллаборация BASE (Baryon Antibaryon Symmetry Experiment) стремится ответить на вопрос, имеют ли частицы материи и соответствующие им частицы антиматерии одинаковую массу и магнитные моменты или есть незначительные различия. Для этого исследователи хотят провести измерения с чрезвычайно высоким разрешением так называемого спин-флипа — квантовых переходов спина протона — для отдельных, ультрахолодных и крайне низкоэнергетических антипротонов.
Подготовка отдельных антипротонов для измерений таким образом, чтобы обеспечить требуемые уровни точности, является чрезвычайно трудоёмкой экспериментальной задачей. Коллаборации BASE удалось сделать шаг вперёд в этом отношении, разработав новую ловушку, которая позволяет готовить только самые холодные антипротоны на целевой основе и использовать их для последующего измерения спин-флипа. Эта «охлаждающая двойная ловушка демона Максвелла» сокращает время охлаждения антипротонов с 15 часов до 8 минут, что значительно ускоряет процесс измерений и позволяет получить результаты за значительно более короткий период времени.
Новая ловушка уже позволила исследователям улучшить частоту ошибок определения спина более чем в 1000 раз и измерить, что магнитные моменты протонов и антипротонов различаются максимум на одну миллиардную. В следующей измерительной кампании исследователи надеются улучшить точность определения магнитного момента до 10-10.
Профессор Ульмер также поделился планами на будущее: «Мы хотим создать мобильную ловушку для частиц, которую сможем использовать для транспортировки антипротонов, полученных в ЦЕРНе в Женеве, в другие исследовательские центры, чтобы проводить ещё более точные измерения и расширять наши знания о фундаментальных свойствах материи и антиматерии».