Новый рекорд протона: исследователи измеряют магнитный момент с максимально возможной точностью

Магнитный момент отдельного протона невероятно мал, но все же может быть определен количественно. Основа для проведения этого измерения была заложена более десяти лет назад, и физики из Университета Йоханнеса Гутенберга в Майнце (JGU), Института ядерной физики Макса Планка, GSI Darmstadt и исследовательского института RIKEN в Японии все еще проводят эксперименты по измерению этого сила с одной частицей с максимально возможной точностью. За последние несколько лет они еще больше усовершенствовали свой эксперимент. Определив магнитный момент протона с точностью до десяти знаков после запятой, что является наиболее точным измерением, доступным в настоящее время, они установили еще один рекорд.

Измерения, проведенные физиками из Майнца в рамках коллаборации BASE, подтверждают Стандартную модель физики элементарных частиц, которая описывает мельчайшие частицы в нашем космосе. Новые результаты измерения протонов опубликованы в журнале Science.Протоны — это положительно заряженные частицы в атомных ядрах.

В дополнение к электрическому заряду они также обладают собственным угловым моментом, спином, который придает им магнитный момент. Магнитно-резонансная томография, метод, используемый, например, в медицине, использует это свойство.

Хотя это фундаментальное свойство протона не имеет прямого отношения к современной технологии, оно имеет гораздо большее значение для понимания атомных структур и точной проверки фундаментальных симметрий во Вселенной, в частности дисбаланса материи и антивещества. Начиная примерно с 2005 года группа профессора Йохена Вальца из Университета Майнца проводила эксперименты с использованием ловушки Пеннинга для ограничения и измерения свойств отдельных протонов с максимально возможной точностью.Подтверждение симметрии КПН.Результаты, опубликованные в Science, имеют точность 0,3 миллиарда, что делает эти новые измерения в одиннадцать раз более точными, чем предыдущие измерения, выполненные исследователями BASE еще в 2014 году.

Было обнаружено, что g-фактор, который характеризует магнитный момент, равен равно 2.79284734462 (82). Когда это было сравнено со значением g-фактора антипротона, опубликованным пять недель назад коллаборацией BASE, не было обнаружено никакой разницы между частицами и античастицами.«Знание свойств протона, таких как его масса, время жизни, заряд, радиус и его магнитный момент как можно точнее, чрезвычайно важно для физики», — пояснил д-р Андреас Мозер из исследовательского института RIKEN. «Высокоточные измерения всех этих свойств могут дать нам основу для более точного исследования фундаментальных симметрий, таких как заряд, четность и симметрия обращения времени».

Так называемая CPT-симметрия — это фундаментальный закон физики, который предсказывает, что Вселенная должна содержать равные количества материи и антивещества, что явно не так. «Сравнение текущих данных для протонов и антипротонов ясно подтверждает симметрию CPT», — сказал Мозер.Измерение сопоставимо с чрезвычайно точной магнитно-резонансной томографиейФизики из Майнца достигли большей точности, улучшив свою техническую установку.

Одним из нововведений было еще большее увеличение однородности магнитного поля в ловушке Пеннинга, в которой проводились высокоточные измерения. Другим было введение самоэкранированной катушки для уменьшения внешних колебаний.

Обе меры помогли повысить стабильность частицы в ловушке, что позволило измерять частоты с гораздо большей точностью. «Чтобы измерить магнитный момент протона, мы разработали одну из самых чувствительных ловушек Пеннинга, когда-либо созданных», — пояснил Георг Шнайдер из Института физики Майнцкого университета, первый автор публикации Science. «Протон представляет собой уникальную проблему, поскольку он обладает таким маленьким магнитным моментом. Таким образом, нам нужно, чтобы наша аналитическая ловушка имела почти невероятную степень чувствительности. В принципе, можно сказать, что то, что мы предприняли, — это чрезвычайно точная МРТ отдельного протона. "Другим усовершенствованием было сокращение периода времени до точки данных, то есть единственного измерения, которое стало возможным.

На этот раз время на точку данных сократилось вдвое с трех часов до 90 минут. «Возможность достичь такого уровня точности — это фантастика, но мы все еще далеки от конца пути», — отметил Шнайдер, намекая, таким образом, на дальнейшие успехи. В будущем исследователи планируют использовать симпатическое лазерное охлаждение, чтобы снизить энергию протона, чтобы повысить чувствительность и, таким образом, еще больше увеличить скорость сбора данных. «Скорость передачи данных в настоящее время является ограничивающим фактором».

Физики из Университета Майнца продолжают тесно сотрудничать со своими коллегами из коллаборации BASE в исследовательском центре ЦЕРН недалеко от Женевы в Швейцарии. Положительные изменения, сделанные в Майнце, будут переданы в ЦЕРН и наоборот.

Ученые надеются определить магнитную силу протонов и антипротонов еще точнее и либо подтвердить текущую модель физики элементарных частиц, либо обнаружить разницу, которая откроет двери для совершенно новых концепций в физике.


Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.