Kunnen de diepe mysteries van antimaterie en donkere materie met elkaar in verband worden gebracht? Denkend dat ze misschien zijn, wetenschappers van de internationale BASE-samenwerking, onder leiding van Stefan Ulmer van het RIKEN Cluster for Pioneering Research, en medewerkers hebben de eerste laboratoriumexperimenten uitgevoerd om te bepalen of een enigszins andere manier waarop materie en antimaterie interageren met donkere materie een sleutel kan zijn tot het oplossen van beide mysteries.

Donkere materie en antimaterie zijn beide lastige problemen voor natuurkundigen die proberen te begrijpen hoe onze wereld op een fundamenteel niveau werkt.

Het probleem met antimaterie is dat hoewel de oerknal gelijke hoeveelheden materie en antimaterie had moeten creëren, het waarneembare heelal bestaat alleen uit materie. Antimaterie ontstaat elke dag in experimenten en door natuurlijke processen zoals bliksem, maar het wordt snel vernietigd in botsingen met gewone materie. Voorspellingen tonen aan dat ons begrip van de materie-inhoud van het universum negen ordes van grootte afwijkt, en niemand weet waarom de asymmetrie bestaat.

In het geval van donkere materie, uit astronomische waarnemingen is bekend dat een onbekende massa de banen van sterren in sterrenstelsels beïnvloedt, maar de exacte microscopische eigenschappen van deze deeltjes blijven onbekend. Eén theorie is dat ze een soort hypothetisch deeltje zijn dat bekend staat als een axion, die een belangrijke rol speelt bij het verklaren van het gebrek aan symmetrieschending in de sterke interactie in het standaardmodel van deeltjesfysica.

De medewerkers van de BASE-groep vroegen zich af of het gebrek aan antimaterie misschien komt doordat het anders in wisselwerking staat met donkere materie, en begon dit te testen. Voor het experiment, ze gebruikten een speciaal ontworpen apparaat, een Penning-val genoemd, om een ​​enkel antiproton magnetisch te vangen, voorkomen dat het in contact komt met gewone materie en vernietigd wordt. Vervolgens maten ze een eigenschap van het antiproton die de spin-precessiefrequentie wordt genoemd. Normaal gesproken, dit moet constant zijn in een bepaald magnetisch veld, en een modulatie van deze frequentie kan worden verklaard door een effect dat wordt gemedieerd door axion-achtige deeltjes, die veronderstelde kandidaten voor donkere materie zijn.

Eerste auteur van de studie, Christelijke Smorra, zegt, "Voor de eerste keer, we hebben expliciet gezocht naar een interactie tussen donkere materie en antimaterie, en hoewel we geen verschil vonden, we hebben een nieuwe bovengrens vastgesteld voor de mogelijke interactie tussen donkere materie en antimaterie."

Kijkend naar de toekomst, Stefan Ulmer van het RIKEN-cluster voor baanbrekend onderzoek, die woordvoerder is van de BASE Collaboration, zegt, "Vanaf nu, we zijn van plan om de nauwkeurigheid van onze metingen van de spin-precessiefrequentie van het antiproton verder te verbeteren, waardoor we strengere beperkingen kunnen stellen aan de fundamentele invariantie van lading, pariteit en tijd, en om de zoektocht naar donkere materie nog gevoeliger te maken."

Het werk is gepubliceerd in Natuur .