Una colaboración internacional de científicos del Laboratorio de Simetrías Fundamentales de Ulmer (FSL) de RIKEN, Johannes Gutenberg-Universität Mainz, Instituto Max Planck de Física Nuclear, Heidelberg y GSI Darmstadt, han utilizado técnicas de alta precisión para realizar la medición más precisa hasta la fecha del momento magnético del protón, encontrando que es 2,79284734462 más o menos 0,00000000082 magnetons nucleares, la unidad que se utiliza normalmente para medir esta propiedad. El momento magnético una propiedad de las partículas que da lugar al magnetismo, es una de las propiedades fundamentales del protón y es clave para comprender propiedades como la estructura de los átomos.

Se requirió un trabajo minucioso para realizar estas mediciones sin precedentes, que tienen una precisión mejor que una parte por mil millones. Primero, los investigadores tuvieron que aislar un solo protón, no dos o tres, en la trampa. Lo hicieron detectando la señal térmica de los iones atrapados en la trampa, y luego usando un campo eléctrico para eliminarlos hasta que solo quedaran uno.

La clave de la tremenda precisión, sin embargo, fue una combinación de ingeniería extremadamente difícil junto con la capacidad de transportar el protón entre dos trampas diferentes.

El método del grupo para medir directamente el momento magnético de una partícula se basa en el hecho de que un protón en una trampa de Penning alinea su giro con el campo magnético de la trampa. El método básico es usar el detector para medir dos frecuencias, conocidas como frecuencia de Larmor (precesión de espín) y frecuencia de ciclotrón del protón en un campo magnético. Estos se pueden usar para encontrar el momento magnético. La frecuencia del ciclotrón del protón se puede medir usando lo que se llama el teorema de invariancia de Brown-Gabrielse, mientras que la frecuencia de Larmor se puede medir impulsando giros de giro, utilizando una señal de radiofrecuencia que calienta la partícula, y midiendo la probabilidad de un giro de giro en función de la frecuencia de impulso.

La ya alta precisión de estas mediciones se puede aumentar aún más, sin embargo, utilizando el método de doble trampa, donde se mide la frecuencia del ciclotrón y se inducen las transiciones de espín en una primera trampa. Luego, el protón se transporta cuidadosamente a una segunda trampa, donde el estado de giro se detecta mediante una gran falta de homogeneidad magnética:una botella magnética. La separación espacial de la medición de frecuencia de alta precisión y la detección del estado de giro hace que las mediciones extremadamente precisas sean posibles.

Para los experimentos actuales, Se utilizaron tres protones individuales para un total de 1, 264 ciclos de experimentación, cada uno tarda aproximadamente 90 minutos. Todo el experimento requirió aproximadamente cuatro meses, incluido el mantenimiento y las verificaciones cruzadas sistemáticas.

Según Georg Schneider, el primer autor del artículo, "Para avanzar en la física de partículas, requerimos instalaciones de alta energía o mediciones súper precisas. Con nuestro trabajo estamos tomando la segunda ruta, y esperamos en el futuro hacer experimentos similares con antiprotones utilizando la misma técnica. Esto nos permitirá comprender mejor, por ejemplo, estructura atomica."

Según Andreas Mooser, segundo autor del estudio y miembro de RIKEN FSL, "Viendo hacia adelante, usando esta técnica, podremos realizar mediciones igualmente precisas del antiprotón en el experimento BASE en el CERN, y esto nos permitirá buscar más pistas de por qué no hay antimateria en el universo hoy ".

El trabajo fue publicado el 23 de noviembre en Ciencias .