"Kaikilla havaintoillamme on täydellinen symmetria aineen ja antimateriaalin välillä, joten maailmankaikkeuttamme ei olisi pitänyt olla olemassa", sanoo Christian Smorra BASE-yhteistyöstä CERN-tutkimuskeskuksessa.”Jossain täytyy olla epäsymmetriaa, mutta emme vain ymmärrä missä tarkalleen. Mikä rikkoo symmetrian, mikä on lähde?"
Haku jatkuu. Tähän päivään mennessä ei ole löydetty eroa protonien ja antiprotonien välillä, ja se voisi selittää aineen olemassaolon universumissamme. Fyysikot ovat kuitenkin pystyneet yhteistyössä CERN-tutkimuskeskuksen BASE: n kanssa mittaamaan antiprotonien magneettisen voiman ennennäkemättömällä tarkkuudella. Nämä tiedot eivät kuitenkaan antaneet mitään tietoa siitä, kuinka aine muodostui varhaisessa maailmankaikkeudessa, koska hiukkasten ja antihiukkasten olisi pitänyt tuhota toisiaan kokonaan.
Viimeisimmät BASE-mittaukset ovat osoittaneet protonien ja antiprotonien täydellisen identiteetin vahvistaen jälleen kerran hiukkasfysiikan standardimallin. Tutkijat ympäri maailmaa käyttävät erilaisia menetelmiä löytääkseen ainakin joitain suuruisia eroja. Aine-antimaterian epätasapaino universumissa on yksi kuumimmista keskustelunaiheista nykyfysiikassa.
CERN: n monikansallinen BASE-yhteistyö kokoaa yhteen tutkijoita yliopistoista ja instituuteista ympäri maailmaa. He vertaa protonien ja antiprotonien magneettisia ominaisuuksia suurella tarkkuudella. Magneettinen momentti on tärkeä osa hiukkasia, ja se voidaan kuvata karkeasti vastaavana miniatyyripalkin magneettina. Ns. G-tekijä mittaa magneettikentän voimakkuutta.
"Suuri kysymys on, onko antiprotonilla sama magneettisuus kuin protonilla", selittää BASE-ryhmän tiedottaja Stephan Ulmer. "Tässä on palapeli, joka meidän on ratkaistava."
BASE-yhteistyö esitteli antiproton g-tekijän tarkkuuden mittauksia jo tammikuussa 2017, mutta nykyiset mittaukset ovat paljon tarkempia. Nykyinen erittäin tarkka mittaus on määrittänyt g-tekijän yhdeksään merkitsevää numeroa. Tämä vastaa maan ympärysmitan mittaamista lähimpään neljään senttimetriin. Arvo 2.7928473441 (42) on 350 kertaa tarkempi kuin tammikuussa julkaistut tulokset.
"Tämä hämmästyttävä tarkkuuden lisääntyminen niin lyhyessä ajassa on mahdollista täysin uusilla tekniikoilla", Ulmer sanoo. Tutkijat ottivat ensin kaksi antiprotonia ja analysoivat niitä käyttämällä kahta Penning-ansoa.
Antiprotonit luodaan keinotekoisesti CERN: ssä, ja tutkijat tallentavat ne loukkuun kokeeseen. Nykyisen kokeen antiprotonit eristettiin vuonna 2015 ja mitattiin elokuusta joulukuuhun 2016. Itse asiassa tämä on kaikkien aikojen pisin antimaterian pidätysjakso. Antiprotonit viettivät 405 päivää tyhjiössä, jossa hiukkasia oli kymmenen kertaa vähemmän kuin tähtienvälisessä tilassa. Käytettiin yhteensä 16 antiprotonia, jäähdytetty lähes absoluuttiseen nollaan.
Mainosvideo:
Antiprotonin mitattua g-tekijää verrattiin protonin g-kerroimeen, joka mitattiin uskomattoman tarkkuudella vuonna 2014. Viime kädessä eroa ei löytynyt. Tämä vahvistaa CPT-symmetrian, jonka mukaan maailmankaikkeudella on perustava symmetria hiukkasten ja hiukkasten välillä.
Nyt BASE-tutkijoiden on kehitettävä ja otettava käyttöön menetelmiä protonin ja antiprotonin ominaisuuksien entistä tarkemmäksi mittaamiseksi, jotta löydettäisiin vastaus kaikkia kiinnostavaan kysymykseen.