Sökningen fortsätter. Ingen skillnad i protoner och antiprotoner har ännu hittats som skulle kunna hjälpa till att förklara förekomsten av materia i vårt universum. Dock, fysiker i BASE -samarbetet vid forskningscentret CERN har kunnat mäta antiprotons magnetiska kraft med nästan otrolig precision. Ändå, data ger ingen information om hur materia bildades i det tidiga universum eftersom partiklar och antipartiklar skulle ha behövt förstöra varandra fullständigt. De senaste BASE -mätningarna avslöjade istället en stor överlappning mellan protoner och antiprotoner, vilket bekräftar standardmodellen för partikelfysik. Runt världen, forskare använder en mängd olika metoder för att hitta någon skillnad, oavsett hur liten. Obalansen mellan materia-antimateria i universum är ett av de heta ämnena i modern fysik.

Det multinationella BASE -samarbetet vid det europeiska forskningscentret CERN samlar forskare från forskningscentret RIKEN i Japan, Max Planck -institutet för kärnfysik i Heidelberg, Johannes Gutenberg University Mainz (JGU), universitetet i Tokyo, GSI Darmstadt, Leibniz Universität Hannover, och tyska National Metrology Institute (PTB) i Braunschweig. De jämför protonernas och antiprotonernas magnetiska egenskaper med stor precision. Det magnetiska momentet är en väsentlig komponent i partiklar och kan avbildas som ungefär likvärdig med en miniatyrstångsmagnet. Den så kallade g-faktorn mäter styrkan hos magnetfältet. "I grunden frågan är om antiproton har samma magnetism som en proton, "förklarade Stefan Ulmer, talesperson för BASE -gruppen. "Det här är den gåta vi behöver lösa."

BASE-samarbetet publicerade högprecisionsmätningar av antiproton-g-faktorn redan i januari 2017 men de nuvarande är mycket mer exakta. Den aktuella högprecisionsmätningen bestämde g-faktorn ner till nio signifikanta siffror. Detta motsvarar att mäta jordens omkrets till en precision på fyra centimeter. Värdet 2.7928473441 (42) är 350 gånger mer exakt än resultaten som publicerades i januari. "Denna enorma ökning på så kort tid var bara möjlig tack vare helt nya metoder, "sa Ulmer. Processen involverade forskare som använde två antiprotoner för första gången och analyserade dem med två Penning -fällor.

Antiprotoner lagras ett år före analys

Antiprotoner genereras artificiellt vid CERN och forskare lagrar dem i en reservoarfälla för experiment. Antiprotonerna för det aktuella experimentet isolerades 2015 och mättes mellan augusti och december 2016, vilket är en liten känsla eftersom detta var den längsta lagringsperioden för antimateria som någonsin dokumenterats. Antiprotoner förintas vanligtvis snabbt när de kommer i kontakt med materia, som i luften. Lagring demonstrerades i 405 dagar i vakuum, som innehåller tio gånger färre partiklar än interstellärt utrymme. Totalt 16 antiprotoner användes och några av dem kyldes till ungefär absolut noll eller minus 273 grader Celsius.

Den nya principen använder samspelet mellan två Penning -fällor. Fällorna använder elektriska och magnetiska fält för att fånga antiprotonerna. Tidigare mätningar begränsades kraftigt av en ultrastark magnetisk inhomogenitet i Penning-fällan. För att övervinna denna barriär, forskarna lade till en andra fälla med ett mycket homogent magnetfält. "Vi använde alltså en metod utvecklad vid Mainz University som skapade högre precision i mätningarna, "förklarade Ulmer." Mätningen av antiprotoner var extremt svår och vi hade arbetat med det i tio år. Det slutliga genombrottet kom med den revolutionerande idén att utföra mätningen med två partiklar. "Larmorfrekvensen och cyklotronfrekvensen mättes; tillsammans bildar de g-faktorn.

G-faktorn fastställd för antiprotonet jämfördes sedan med g-faktorn för protonen, som BASE -forskare hade mätt med störst tidigare precision redan 2014. I slutändan, dock, de kunde inte hitta någon skillnad mellan de två. Denna konsistens är en bekräftelse på CPT -symmetrin, som säger att universum består av en grundläggande symmetri mellan partiklar och antipartiklar. "Alla våra observationer hittar en fullständig symmetri mellan materia och antimateria, det är därför universum egentligen inte borde existera, "förklarade Christian Smorra, första författaren till studien. "En asymmetri måste finnas här någonstans men vi förstår helt enkelt inte var skillnaden är. Vad är källan till symmetribrottet?"

BASE -forskarna vill nu använda ännu högre precisionsmätningar av proton- och antiprotonegenskaperna för att hitta ett svar på denna fråga. BASE -samarbetet planerar att utveckla ytterligare innovativa metoder under de närmaste åren och förbättra de nuvarande resultaten.