Ett av fysikens djupaste mysterier idag är varför vi verkar leva i en värld som bara består av materia, medan Big Bang borde ha skapat lika mycket materia och antimateria. Runt världen, forskare inklusive Stefan Ulmers team från RIKEN, designar och utför högprecisionsmätningar för att försöka upptäcka grundläggande skillnader mellan materia och antimateria som kan leda till skillnaden.

I arbete publicerat i Naturkommunikation , Ulmers team har funnit att antiprotonets magnetiska ögonblick är extremt nära protonets. Forskarna använde en sofistikerad teknik med sex gånger högre noggrannhet än tidigare, vilket innebär att enskilda partiklar fångas in i en magnetisk anordning.

För att utföra experimenten, de tog antiprotoner som genererades av CERNs Antiproton Decelerator och placerade dem i en kraftfull magnetisk enhet - kallad en Penning -fälla - där de kunde lagras i perioder på mer än ett år. När de utförde mätningarna - ibland noggrant utvalda att falla under nattskift eller på helger för att minimera magnetisk störning - tog de individuella antiprotoner från inneslutningsfällan och flyttade dem till en annan fälla, där de kyldes till nästan absolut noll och placerades i ett kraftfullt och komplext magnetfält, så att gruppen kan mäta det magnetiska momentet.

Baserat på sex mätningar gjorda med denna metod, gruppen fann att momentet (g-faktor) för antiprotonet är 2.7928465 (23), medan protonens tidigare visade sig vara 2.792847350 (9) - med antalet inom parentes som indikerar mängden osäkerhet i de sista siffrorna. Detta sätter de två mätningarna - som båda är absoluta, snarare än relativa - till inom 0,8 delar per miljon av varandra.

Enligt Ulmer, "Vi ser en djup motsättning mellan standardmodellen för partikelfysik, under vilken proton och antiproton är identiska spegelbilder av varandra, och det faktum att på kosmologiska skalor, det finns ett enormt gap mellan mängden materia och antimateria i universum. Vårt experiment har visat, baserat på en mätning sex gånger mer exakt än vad som gjorts tidigare, att standardmodellen håller, och att det verkar, faktiskt, att inte vara någon skillnad i proton/antiproton magnetmoment vid uppnådd mätosäkerhet. Vi hittade inga bevis för CPT -överträdelse. "

I framtida experiment, laget planerar att rikta in tillämpningen av en ännu mer sofistikerad dubbel Penning trap -teknik. Med denna metod, 1000-faldigt förbättrade mätningar är möjliga. Gruppen har redan tillämpat denna teknik för att mäta protonmagnetmomentet och har uppsättningen erforderliga metoder till hands för att utföra denna mätning med antiproton också. "Dock, genomförandet av detta experimentella system är tekniskt mycket utmanande, och kommer att kräva flera iterationer ", säger Hiroki Nagahama, en doktorsexamen student i Ulmers grupp och första författare till studien. "Vi planerar att genomföra denna mätning i en av de nästa antiprotonkörningarna."