Tan evidente como es que la materia existe, sus orígenes son igual de misteriosos. Según los principios de la física de partículas, cuando el universo se formó originalmente, se habrían creado cantidades iguales de materia y antimateria, que luego deberían haber destruidoentre sí en un proceso que los físicos llaman aniquilación. Pero en realidad, nuestro universo muestra un desequilibrio manifiesto a favor de la materia. Por lo tanto, los científicos están buscando una pequeña diferencia entre una partícula y su antipartícula que podría explicar por qué existe realmente la materia. La multinacionalLa colaboración Baryon Antibaryon Symmetry Experiment BASE en el centro de investigación CERN ha establecido un nuevo punto de referencia en esta búsqueda al medir con éxito una característica importante del antiprotón con la mayor precisión jamás alcanzada. El factor g, una cantidad que caracteriza el momento magnético,se midió con una precisión aumentada por un factor de seis en comparación con los resultados anteriores.
La idea de que algo como la antimateria debe existir surgió a fines de la década de 1920. Fue solo unos años después que se descubrieron los positrones, las antipartículas de electrones. Mientras que los positrones se producen naturalmente en la Tierra, los antiprotones, las antipartículas de protones, deben generarse artificialmente. El anillo de almacenamiento del antiprotón desacelerador en el CERN produce antiprotones enfriados en grandes cantidades para una amplia gama de experimentos de antimateria. En los experimentos realizados por el grupo BASE, del cual es miembro la Universidad Johannes Gutenberg de Mainz JGU, los antiprotones ultrafríos individuales se estudian en una trampa de partículas electromagnéticas.
El sistema consta de tres trampas de Penning. Una trampa de depósito almacena una nube de antiprotones para el experimento y suministra partículas individuales a la trampa de co-magnetómetro y la trampa de análisis real. El propósito de la trampa de co-magnetómetro es monitorear continuamentecampo magnético. La trampa de análisis está rodeada por una inhomogeneidad de campo magnético extremadamente grande de 300 Kilotesla por metro cuadrado.
Esta inhomogeneidad de campo magnético ultrapotente es un requisito fundamental para detectar giros invertidos, un método desarrollado por el premio Nobel Hans Georg Dehmelt en 1987 para medir el momento magnético del electrón y el positrón ". Sin embargo, el desafío en nuestroel caso es mucho mayor porque el momento magnético del protón y el antiprotón es aproximadamente 660 veces menor en comparación ", escribieron los científicos de BASE en un artículo publicado en Nature Communications. El principio utilizado para medir el momento magnético de protones individuales se desarrolló cinco añosHace una colaboración con un grupo del Instituto de Física de la Universidad Johannes Gutenberg de Mainz dirigida por el profesor Jochen Walz. Con su medición de alta precisión del protón en 2014, la colaboración no se cuestiona como el mejor equipo de investigación en este campo.
factor G medido con una precisión seis veces mayor
El método utilizado para analizar el antiprotón emplea el mismo principio. El factor g se determinó en base a seis mediciones individuales con una incertidumbre de solo 0.8 partes por millón. El valor de 2.7928465 23 es seis veces más preciso queel registro anterior alcanzado por otro grupo de investigación del CERN en 2013. En 2011, el momento magnético del antiprotón solo se conocía con una precisión de tres decimales. El nuevo resultado es consistente con el factor g del protón medido enMainz en 2014, concretamente 2.792847350 9. "Esto significa que, dentro de nuestra incertidumbre experimental, no podemos detectar ninguna diferencia entre protones y antiprotones. En este nivel, nuestra medición es consistente con las predicciones del Modelo Estándar", afirmó Stefan Ulmer, coordinadorde BASE en el CERN y un ex miembro del equipo de Walz en la Universidad de Mainz.
Los protones y los antiprotones, por lo tanto, todavía parecen ser imágenes especulares entre sí, lo que significa que todavía no hay explicación de por qué la materia realmente existe y no simplemente se vaporizó en los primeros momentos del Big Bang. La colaboración BASE tiene la intención de iravance más al aumentar la precisión de sus mediciones utilizando una técnica de doble trampa Penning. Esta es una técnica compleja que se utilizó para las mediciones de protones de Mainz en 2014 y ofrece el potencial de mejorar la precisión en un factor de 1,000.
"La asimetría entre la materia y la antimateria es tan obvia que debe haber sucedido algo que aún no se puede detectar utilizando los métodos actualmente disponibles para la física moderna. Por lo tanto, nuestro objetivo principal es encontrar enfoques que puedan ayudar a resolver este rompecabezas extraordinario", dijo Ulmerde los planes futuros del grupo. Además de la Universidad Johannes Gutenberg de Mainz, los otros miembros involucrados en los proyectos de investigación son el centro de investigación RIKEN en Japón, el Instituto Max Planck de Física Nuclear en Heidelberg, la Universidad Leibniz Hannover y el Centro GSI Helmholtz paraInvestigación de iones pesados en Darmstadt.
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Materiales proporcionado por Universität Mainz . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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