Вчені наблизилися до розгадки таємниці відсутності антиматерії у Всесвіті

Міжнародна дослідна колаборація BASE у Європейській організації ядерних досліджень у Женеві, очолювана професором доктором Стефаном Ульмером з Університету імені Генріха Гейне в Дюссельдорфі (HHU), досягла експериментального прориву у дослідженні асиметрії матерії та антиматерії у Вселенній. Нова технологія дозволяє вимірювати масу і магнітний момент антипротонів точніше, ніж будь-коли раніше, що може допомогти виявити можливі відмінності між частинками матерії та антиматерії.

Після Великого вибуху понад 13 мільярдів років тому Всесвіт був заповнений високоенергетичним випромінюванням, яке постійно генерувало пари частинок матерії та антиматерії, такі як протони та антипротони. Однак з невідомих причин у Всесвіті існує дисбаланс, оскільки антиматерія практично не спостерігається. Це суперечить стандартній моделі фізики елементарних частинок і фізики десятиліттями намагаються розширити її, проводячи надзвичайно точні виміри фундаментальних фізичних параметрів.

Колаборація BASE (Baryon Antibaryon Symmetry Experiment) прагне відповісти на питання, чи мають частинки матерії та відповідні їм частинки антиматерії однакову масу та магнітні моменти чи є незначні відмінності. Для цього дослідники хочуть провести вимірювання з надзвичайно високою роздільною здатністю так званого спін-фліпа — квантових переходів спина протона — для окремих, ультрахолодних та вкрай низькоенергетичних антипротонів.

Підготовка окремих антипротонів для вимірювань таким чином, щоб забезпечити необхідні рівні точності, є надзвичайно трудомістким експериментальним завданням. Колаборації BASE вдалося зробити крок вперед у цьому відношенні, розробивши нову пастку, яка дозволяє готувати тільки холодні антипротони на цільовій основі і використовувати їх для подальшого вимірювання спін-фліпа. Ця «подвійна пастка, що охолоджує, демона Максвелла» скорочує час охолодження антипротонів з 15 годин до 8 хвилин, що значно прискорює процес вимірювань і дозволяє отримати результати за значно більш короткий період часу.

Нова пастка вже дозволила дослідникам знизити частоту помилок визначення спіна більш ніж у 1000 разів та виміряти, що магнітні моменти протонів та антипротонів розрізняються максимум на одну мільярдну. У наступній вимірювальній кампанії дослідники сподіваються покращити точність визначення магнітного моменту до 10-10.

Професор Ульмер також поділився планами на майбутнє:

«Ми хочемо створити мобільну пастку для частинок, яку зможемо використовувати для транспортування антипротонів, отриманих у ЦЕРНі в Женеві, до інших дослідних центрів, щоб проводити ще більш точні вимірювання та розширювати наші знання про фундаментальні властивості матерії та антиматерії».