Почему во Вселенной есть материя, но почти нет антиматерии? Исследователи из международного проекта BASE при Европейской организации ядерных исследований (CERN) под руководством профессора Стефана Ульмера из Университета Генриха Гейне в Дюссельдорфе сделали важный шаг в решении этого вопроса. Они разработали метод, позволяющий с рекордной точностью измерять массу и магнитный момент антипротонов, что может помочь найти различия между материей и антиматерией. Команда BASE создала ловушку, которая позволяет охлаждать антипротоны значительно быстрее, чем это было возможно ранее. Об этом говорится в статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters.

После Большого взрыва, около 13 миллиардов лет назад, Вселенная была заполнена энергией, которая породила пары частиц материи и антиматерии, таких как протоны и антипротоны. Эти пары должны были аннигилировать, превращаясь обратно в чистую энергию. Логично было бы ожидать, что материя и антиматерия уничтожили бы друг друга, и Вселенная осталась бы без вещества. Но что-то пошло иначе — существует дисбаланс, и материя всё-таки сохранилась. Это ставит под сомнение стандартную модель физики, и ученые пытаются найти ответы с помощью точных измерений фундаментальных параметров.

Именно здесь и вступает в игру проект BASE (Эксперимент по симметрии барион-антибарион), в котором участвуют исследователи из университетов в Дюссельдорфе, Ганновере, Гейдельберге, Майнце, Токио и других научных центров по всему миру, включая CERN.

Профессор Стефан Ульмер объясняет:

Мы хотим понять, одинаковы ли масса и магнитные моменты у частиц материи и их антиматериальных двойников. Или всё же есть незначительные, но важные различия?

Для этого учёные проводят сверхточные измерения так называемого спин-флипа — процесса, при котором изменяется направление спина у протона или антипротона. От этих измерений зависит, смогут ли они точно определить магнитный момент антипротонов.

Процесс подготовки антипротонов для таких измерений требует много времени и усилий. Однако группа BASE добилась прорыва, который значительно ускоряет этот процесс. Этот прорыв был достигнут благодаря использованию двух ловушек Пеннинга, объединённых в одно устройство — "охлаждающую двойную ловушку демона Максвелла". Эта система позволяет изолировать только самые холодные антипротоны для измерений, что сокращает время, необходимое для эксперимента.

Сокращение времени на охлаждение позволяет значительно ускорить сбор данных, необходимых для уменьшения погрешности измерений. Латач отмечает:

Нам нужно провести минимум 1000 измерительных циклов. С новым методом нам понадобится около месяца на это, тогда как раньше на это ушло бы почти десять лет.

Профессор Ульмер также делится планами на будущее:

Мы собираемся создать мобильную ловушку для частиц, чтобы можно было транспортировать антипротоны из CERN в Женеве в нашу новую лабораторию в Дюссельдорфе, где мы надеемся улучшить точность измерений ещё как минимум в 10 раз.