Protonokkal és antiprotonokkal a kozmológia rejtélyei nyomában

1105

A proton mágneses nyomatékának rendkívül pontos mérése segíthet megválaszolni az univerzum egyik legfontosabb kérdését, azt, hogy miért van a világegyetemben összehasonlíthatatlanul több anyag, mint antianyag.

A modern fizika és kozmológia egyik legnagyobb rejtélyének megoldására tervezett sorozat egyik kísérletében a University of Mainz, a GSI Darmstadt és a Max Planck Institute for Physics (Heidelberg) által alkotott RIKEN konzorcium kutatói minden eddiginél pontosabban és ráadásul direkt módon mérték meg a proton mágneses nyomatékát. A munka során tulajdonképpen arra keresik a választ, hogy egyáltalán miért létezünk. Kevésbé patetikusan a végső cél annak kiderítése, miért tűnik úgy, hogy az univerzumban nincs antianyag, holott a 13,7 milliárd évvel ezelőtt bekövetkezett Ősrobbanásban az elmélet szerint az anyag és az antianyag ugyanakkora arányban keletkezett. Sok fronton próbálkoznak azon különbségek detektálásával, melyek magyarázhatják a jelenséget, ezek közül legígéretesebb egy részecske és antirészecskéje mágneses nyomatékainak összehasonlítása, mivel még piciny eltérés is elég lehet az anyag-antianyag aszimmetria magyarázatához. A RIKEN konzorcium a proton és antiproton mágneses momentumának minden eddiginél pontosabb meghatározásán dolgozik, amiből kiderülhet, hogy van-e a két érték között bármilyen különbség.

20140530_a_proton_magneses_nyomateka_es_az_anyag_antianyag_aszimmetria_1
Penning-csapda. (RIKEN)

A most nyilvánosságra hozott eredmények szerint a konzorcium kutatói jelentős mérföldkőhöz érkeztek egyetlen proton mágneses nyomatékának rendkívül pontos és közvetlen megmérésével egy ún. kettős Penning-csapdában. A kutatócsoport vezetője, Andreas Mooser magyarázata szerint az alapvető jelentőségű mennyiség értékét eddig csak közvetett módon, atomos hidrogén mágneses térben bekövetkező hiperfinom mézerátmeneteinek spektroszkópiai megfigyeléseiből tudták meghatározni, körülbelül 10 milliárdod rész relatív pontossággal. A mágneses nyomatéknak a mérésekből történő származtatásához azonban jelentős elméleti korrekciókat is figyelembe kellett venni. Az új kísérletekben a proton spinjének a Penning-csapda homogén mágneses terében rádiófrekvenciás mágneses tér hatására bekövetkező átmeneteit detektálták, mégpedig egy második csapda szuperponált erős, inhomogén mágneses terének segítségével. Az új eredmény relatív pontossága 3 milliárdod rész, azaz háromszor jobb, mint a 42 évvel ezelőtt “klasszikus” módon meghatározott érték, és 760-szor jobb az eddigi Penning-csapdás mérések által szolgáltatott eredménynél. A kísérletben szintén részt vevő RIKEN-kutató, Stefan Ulmer szerint – aki egyben a CERN-ben szintén ezen a problémán dolgozó BASE együttműködés szóvivője – az új, egy részecskével működő Penning-csapdás módszer közvetlenül alkalmazható az antiproton mágneses nyomatékának meghatározására is, ami jelenleg csak 4 milliomod rész relatív pontossággal ismert, azaz legalább ezerszeres javulásra lehet számítani. A proton és antiproton mágneses momentumának ilyen pontosságú ismerete pedig már elegendő lehet az anyag-antianyag aszimmetria problematikájának alaposabb vizsgálatához.

Az eredményeket részletező szakcikk a Nature magazin 2014. május 29-i számában jelent meg.

Forrás: ScienceDaily 2014.05.29.

Hozzászólás

hozzászólás