De zoektocht gaat verder. Er is nog geen verschil gevonden in protonen en antiprotonen die mogelijk het bestaan ​​van materie in ons universum zouden kunnen verklaren. Echter, natuurkundigen in de BASE-samenwerking van het CERN-onderzoekscentrum hebben de magnetische kracht van antiprotonen met bijna ongelooflijke precisie kunnen meten. Hoe dan ook, de gegevens geven geen informatie over de vorming van materie in het vroege heelal, aangezien deeltjes en antideeltjes elkaar volledig zouden hebben vernietigd. De meest recente BASE-metingen lieten daarentegen een grote overlap zien tussen protonen en antiprotonen, waarmee het standaardmodel van de deeltjesfysica wordt bevestigd. Rond de wereld, wetenschappers gebruiken verschillende methoden om een ​​verschil te vinden, hoe klein ook. De onbalans tussen materie en antimaterie in het universum is een van de actuele onderwerpen van de moderne natuurkunde.

De multinationale BASE-samenwerking in het Europese onderzoekscentrum CERN brengt wetenschappers van het RIKEN-onderzoekscentrum in Japan samen, het Max Planck Instituut voor Kernfysica in Heidelberg, Johannes Gutenberg-universiteit Mainz (JGU), de Universiteit van Tokio, GSI Darmstadt, Leibniz Universität Hannover, en het Duitse Nationale Metrologisch Instituut (PTB) in Braunschweig. Ze vergelijken de magnetische eigenschappen van protonen en antiprotonen met grote precisie. Het magnetische moment is een essentieel onderdeel van deeltjes en kan worden weergegeven als ongeveer gelijk aan dat van een miniatuurstaafmagneet. De zogenaamde g-factor meet de sterkte van het magnetische veld. "In de kern de vraag is of het antiproton hetzelfde magnetisme heeft als een proton, " legde Stefan Ulmer uit, woordvoerder van de BASE-groep. "Dit is het raadsel dat we moeten oplossen."

De BASE-samenwerking publiceerde in januari 2017 zeer nauwkeurige metingen van de antiproton-g-factor, maar de huidige zijn veel nauwkeuriger. De huidige zeer nauwkeurige meting bepaalde de g-factor tot negen significante cijfers. Dit komt overeen met het meten van de omtrek van de aarde tot op vier centimeter nauwkeurig. De waarde van 2,7928473441(42) is 350 keer nauwkeuriger dan de resultaten die in januari werden gepubliceerd. "Deze enorme toename in zo'n korte tijd was alleen mogelijk dankzij volledig nieuwe methoden, " zei Ulmer. Bij het proces waren wetenschappers betrokken die voor het eerst twee antiprotonen gebruikten en deze analyseerden met twee Penning-vallen.

Antiprotonen een jaar voor analyse bewaard

Antiprotonen worden kunstmatig gegenereerd bij CERN en onderzoekers slaan ze op in een reservoirval voor experimenten. De antiprotonen voor het huidige experiment werden geïsoleerd in 2015 en gemeten tussen augustus en december 2016, wat een kleine sensatie is, aangezien dit de langste opslagperiode voor antimaterie was die ooit is gedocumenteerd. Antiprotonen worden meestal snel vernietigd wanneer ze in contact komen met materie, zoals in de lucht. Opslag werd aangetoond gedurende 405 dagen in een vacuüm, die tien keer minder deeltjes bevat dan de interstellaire ruimte. In totaal werden 16 antiprotonen gebruikt en sommige werden afgekoeld tot ongeveer het absolute nulpunt of min 273 graden Celsius.

Het nieuwe principe maakt gebruik van de interactie van twee Penning-vallen. De vallen gebruiken elektrische en magnetische velden om de antiprotonen te vangen. Eerdere metingen werden ernstig beperkt door een ultrasterke magnetische inhomogeniteit in de Penning-val. Om deze barrière te overwinnen, de wetenschappers voegden een tweede val toe met een zeer homogeen magnetisch veld. "We hebben dus een methode gebruikt die is ontwikkeld aan de Universiteit van Mainz en die een hogere precisie in de metingen heeft opgeleverd, " legde Ulmer uit. "Het meten van antiprotonen was buitengewoon moeilijk en we waren er al tien jaar mee bezig. De uiteindelijke doorbraak kwam met het revolutionaire idee om de meting uit te voeren met twee deeltjes." De larmorfrequentie en de cyclotronfrequentie werden gemeten; samen vormen ze de g-factor.

De voor het antiproton vastgestelde g-factor werd vervolgens vergeleken met de g-factor voor het proton, die BASE-onderzoekers al in 2014 met de grootste precisie hadden gemeten. echter, ze konden geen verschil tussen de twee vinden. Deze consistentie is een bevestiging van de CPT-symmetrie, die stelt dat het universum is samengesteld uit een fundamentele symmetrie tussen deeltjes en antideeltjes. "Al onze waarnemingen vinden een volledige symmetrie tussen materie en antimaterie, daarom zou het universum eigenlijk niet moeten bestaan, " verklaarde Christian Smorra, eerste auteur van de studie. "Er moet hier ergens een asymmetrie bestaan, maar we begrijpen gewoon niet waar het verschil zit. Wat is de bron van de symmetrie-breuk?"

De BASE-wetenschappers willen nu nog nauwkeurigere metingen van de proton- en antiprotoneigenschappen gebruiken om een ​​antwoord op deze vraag te vinden. De BASE-samenwerking is van plan om de komende jaren meer innovatieve methoden te ontwikkelen en de huidige resultaten te verbeteren.