Medición de alta precisión del factor g once veces más precisa que antes / Los resultados indican una gran similitud entre protones y antiprotones.
El momento magnético de un protón individual es inconcebiblemente pequeño, pero aún puede cuantificarse. La base para llevar a cabo esta medición se estableció hace más de diez años, y los físicos de la Universidad Johannes Gutenberg de Mainz JGU, el Instituto Max Planck para NuclearLa física, el GSI Darmstadt y el instituto de investigación RIKEN en Japón todavía están realizando experimentos para medir esta fuerza con una sola partícula con la mayor precisión posible. En los últimos años han refinado su experimento aún más. Al determinar el momento magnético de laLos protones con diez decimales, que es la medida más precisa disponible actualmente, establecen otro récord. Las mediciones realizadas por físicos con sede en Mainz como parte de la colaboración BASE confirman el Modelo Estándar de física de partículas, que describe las partículas más pequeñas en nuestrocosmos. Los nuevos resultados para la medición de protones han sido publicados en la revista Science.
Los protones son partículas cargadas positivamente en los núcleos atómicos. Además de una carga eléctrica, también tienen un momento angular intrínseco, el giro, dándoles un momento magnético. La resonancia magnética, una técnica utilizada en medicina, por ejemplo, aprovechade esta propiedad. Aunque esta propiedad fundamental del protón no tiene una implicación directa para la tecnología actual, en lugar de tener una importancia mucho mayor para comprender las estructuras atómicas y para probar con precisión las simetrías fundamentales en el universo, en particular el desequilibrio de la materia y la antimateria.alrededor de 2005, el grupo del profesor Jochen Walz en la Universidad de Mainz realizó experimentos utilizando una trampa Penning para confinar y medir las propiedades de los protones individuales con la mayor precisión posible.
Confirmación de la simetría de CPT
Los resultados publicados en Science tienen una precisión de 0,3 partes en mil millones, lo que hace que estas nuevas mediciones sean once veces más precisas que la medición anterior realizada por investigadores de BASE en 2014. Se encontró el factor g, que caracteriza el momento magnético.ser igual a 2.79284734462 82. Cuando se comparó con el valor del factor g del antiprotón publicado hace cinco semanas por la colaboración BASE, no se encontraron diferencias entre partículas y antipartículas.
"Conocer las propiedades del protón como su masa, vida útil, carga, radio y su momento magnético con la mayor precisión posible es extremadamente importante para la física", explicó el Dr. Andreas Mooser, del instituto de investigación RIKEN. "Alta precisiónlas mediciones de todas estas propiedades pueden proporcionarnos los fundamentos para poder investigar con mayor precisión las simetrías fundamentales, como la carga, la paridad y la simetría de inversión de tiempo ". La llamada simetría CPT es una ley fundamental de la física que predice que el universo deberíacontienen cantidades iguales de materia y antimateria, lo que claramente no es el caso. "La comparación de los datos actuales para protones y antiprotones confirma claramente la simetría de CPT", dijo Mooser.
Medición comparable con imágenes de resonancia magnética extremadamente precisas
Los físicos con sede en Mainz lograron una mayor precisión al realizar mejoras en su configuración técnica. Una innovación fue un aumento de la homogeneidad del campo magnético aún más en la trampa Penning, en la que se realizaron las mediciones de alta precisión. Otrafue la introducción de una bobina autoprotegida para reducir las fluctuaciones externas. Ambas medidas ayudaron a aumentar la estabilidad de la partícula en la trampa, permitiendo que las frecuencias se midieran con mucha mayor precisión ". Para medir el momento magnético del protón,desarrollamos uno de los aparatos de trampa Penning más sensibles jamás creados ", explicó Georg Schneider, del Instituto de Física de la Universidad de Mainz, el primer autor de la publicación Science." El protón representa un desafío único ya que tiene un momento magnético tan pequeño.Por lo tanto, necesitábamos que nuestra trampa de análisis tuviera un grado de sensibilidad casi inconcebible. Básicamente, se podría decir que lo que hemos emprendido es extremadamente precisoResonancia magnética de un protón individual "
Otra mejora fue la reducción del período de tiempo hasta que un punto de datos, es decir, una sola medición, fue posible. Este tiempo por punto de datos se redujo a la mitad de tres horas a 90 minutos. "Ser capaz de alcanzar este nivel de precisión es fantástico, pero todavía no estamos cerca del final del camino ", señaló Schneider, lo que insinúa nuevos avances. En el futuro, los investigadores planean emplear enfriamiento láser simpático para reducir la energía del protón para generar una mayor sensibilidad y, por lo tanto,aumentar aún más las tasas de recopilación de datos. "La tasa de datos es actualmente el factor limitante".
Los físicos de la Universidad de Mainz continúan trabajando estrechamente con sus colegas de la colaboración BASE en el centro de investigación CERN cerca de Ginebra en Suiza. Los desarrollos positivos realizados en Mainz se compartirán con el CERN y viceversa. Los científicos esperan determinar la fuerza magnéticade protones y antiprotones aún más precisamente y confirmar el modelo actual de física de partículas o descubrir una diferencia, lo que abriría la puerta a conceptos completamente nuevos en física.
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Materiales proporcionado por Universidad de Mainz . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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