Протоны и антипротоны кажутся зеркальными отражениями

CPT-инвариантность, которую должен был проверить эксперимент, означает, что система остается неизменной, если поменять местами три фундаментальных свойства — C (заряд), который отличает материю от антивещества, P (четность), что подразумевает поворот на 180 градусов. пространство и Т (время). Это центральный принцип стандартной модели, подразумевающий, что частицы антивещества должны быть идеальным зеркальным отображением материи, только с обратными зарядами.«Это важный вопрос, — говорит Стефан Улмер, руководивший исследованием, — потому что он помогает нам понять, почему мы живем во вселенной, в которой практически нет антиматерии, несмотря на тот факт, что Большой взрыв, должно быть, привел к созданию Если бы мы обнаружили нарушения CPT, это означало бы, что материя и антивещество могли бы иметь разные свойства — например, что антипротоны могут распадаться быстрее, чем протоны, — но мы обнаружили в довольно строгих пределах, что отношение заряда к массе одинаковы."

Для проведения исследования команда использовала схему, аналогичную той, что была разработана коллаборацией TRAP в 1990-х годах. Они получили антипротоны и отрицательные ионы водорода — в качестве заместителя протонов — от антипротонного замедлителя, а затем захватили отдельные пары антипротон-водородный ион в магнитную ловушку Пеннинга, замедляя их до сверхнизких энергий. Затем они измерили циклотронную частоту пар — измерение, которое позволяет ученым определить отношение заряда к массе — и сравнили их, чтобы определить, насколько они похожи. В общей сложности они измерили приблизительно 6500 пар за 35-дневный период.

«Мы обнаружили, — говорит Улмер, — что отношение заряда к массе идентично с точностью до 69 частей на триллион». Это измерение имеет в четыре раза более высокое разрешение по энергии, чем предыдущие измерения пар протон-антипротон, и дополнительно ограничивает возможность нарушения CPT-инвариантности. «В конечном итоге, — говорит он, — мы планируем достичь измерений, которые будут как минимум в десять или сто раз точнее, чем нынешний стандарт».

Эта работа также имеет значение для так называемого принципа слабой эквивалентности — идеи о том, что на все частицы одинаково действует гравитация, независимо от их массы и заряда. Команда использовала свои выводы, чтобы подсчитать, что в пределах одной миллионной доли антивещество и материя ведут себя одинаково по отношению к гравитации.

По словам члена BASE Кристиана Сморры, «есть много причин верить в физику, выходящую за рамки стандартной модели, включая загадку темной материи и, конечно же, дисбаланс между материей и антивеществом. Эти высокоточные измерения накладывают важные новые ограничения и будут помогите нам определить направление будущих исследований ».

Исследование было проведено коллаборацией BASE, в которую входят исследователи из RIKEN, CERN, Института ядерной физики Макса Планка, Токийского университета, Университета Йоханнеса Гутенберга, Центра исследований тяжелых ионов GSI и Института Гельмгольца в Майнце.

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *