En una prueba rigurosa de una propiedad fundamental del modelo estándar de física de partículas, conocida como simetría CPT, los investigadores de la colaboración BASE dirigida por RIKEN en el CERN han realizado las mediciones más precisas hasta ahora de la relación carga-masa deprotones y sus homólogos de antimateria, antiprotones. El trabajo, publicado en Nature, se llevó a cabo utilizando el Antiproton Decelerator del CERN, un dispositivo que proporciona antiprotones de baja energía para estudios de antimateria.
la invariancia CPT, que el experimento debía probar, significa que un sistema permanece sin cambios si se invierten tres propiedades fundamentales: C carga, que distingue la materia de la antimateria, P paridad, lo que implica un grado de 180voltear en el espacio, y T tiempo. Es un principio central del modelo estándar e implica que las partículas de antimateria deben ser imágenes especulares perfectas de la materia, con solo sus cargas invertidas.
"Este es un tema importante", dice Stefan Ulmer, quien dirigió la investigación, "porque nos ayuda a entender por qué vivimos en un universo que prácticamente no tiene antimateria, a pesar de que el Big Bang debe haber llevado a lacreación de ambos. Si hubiéramos encontrado violaciones de la CPT, significaría que la materia y la antimateria podrían tener propiedades diferentes, por ejemplo, que los antiprotones podrían decaer más rápido que los protones, pero hemos encontrado dentro de límites bastante estrictos que la cargalas proporciones de masa son iguales "
Para realizar la investigación, el equipo utilizó un esquema similar al desarrollado por la colaboración TRAP en la década de 1990. Recibieron antiprotones e iones negativos de hidrógeno, como un proxy para los protones, del Antiproton Decelerator, y luego atraparon un solo antiprotónpares de iones de hidrógeno en una trampa de Penning magnética, desacelerándolos a energías ultra bajas. Luego midieron la frecuencia del ciclotrón de los pares, una medida que permite a los científicos determinar la relación carga-masa y los compararon para encontrarqué similares eran. En total, midieron aproximadamente 6.500 pares en un período de 35 días.
"Lo que encontramos", dice Ulmer, "es que la relación carga / masa es idéntica a solo 69 partes por billón". Esta medición tiene una resolución de energía cuatro veces mayor que las mediciones anteriores de pares protón-antiprotón, ylimita aún más la posibilidad de violaciones de la invariabilidad de CPT. "Finalmente", dice, "planeamos lograr mediciones que sean al menos diez o cien veces más precisas que el estándar actual".
El trabajo también tiene implicaciones para lo que se conoce como el principio de equivalencia débil: la idea de que todas las partículas se verán afectadas por la gravedad de la misma manera, independientemente de su masa y carga. El equipo utilizó sus hallazgos para calcular eso en aproximadamenteuna parte por millón, la antimateria y la materia se comportan de la misma manera con respecto a la gravedad.
Según Christian Smorra, miembro de BASE, "Hay muchas razones para creer en la física más allá del modelo estándar, incluido el misterio de la materia oscura y, por supuesto, el desequilibrio entre la materia y la antimateria. Estas mediciones de alta precisión imponen nuevas restricciones importantesy nos ayudará a determinar la dirección de futuras investigaciones "
El estudio fue realizado por la colaboración BASE, que incluye investigadores de RIKEN, CERN, el Instituto Max Planck de Física Nuclear, la Universidad de Tokio, la Universidad Johannes Gutenberg, el Centro GSI Helmholtz de Investigación de Iones Pesados y el Instituto Helmholtz de Mainz.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por RIKEN . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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