Los científicos de la Universidad de Sussex han medido una propiedad del neutrón, una partícula fundamental en el universo, con más precisión que nunca. Su investigación es parte de una investigación sobre por qué queda materia en el universo, es decir, por qué toda la antimateria creada en el Big Bang no solo canceló el asunto.

El equipo, que incluía el Laboratorio Rutherford Appleton del Consejo de Instalaciones de Ciencia y Tecnología (STFC) en el Reino Unido, el Instituto Paul Scherrer (PSI) en Suiza, y varias otras instituciones, estaba investigando si el neutrón actúa como una "brújula eléctrica". Se cree que los neutrones tienen una forma ligeramente asimétrica, siendo ligeramente positivo en un extremo y ligeramente negativo en el otro, un poco como el equivalente eléctrico de un imán de barra. Este es el llamado "momento dipolar eléctrico" (EDM), y es lo que buscaba el equipo.

Esta es una pieza importante del rompecabezas en el misterio de por qué la materia permanece en el Universo, porque las teorías científicas sobre por qué queda materia también predicen que los neutrones tienen la propiedad de "brújula eléctrica", en mayor o menor medida. Medirlo entonces ayuda a los científicos a acercarse a la verdad sobre por qué permanece la materia.

El equipo de físicos descubrió que el neutrón tiene un EDM significativamente más pequeño que el predicho por varias teorías sobre por qué la materia permanece en el universo; esto hace que estas teorías tengan menos probabilidades de ser correctas, por eso hay que alterarlos, o nuevas teorías encontradas. De hecho, se ha dicho en la literatura que a lo largo de los años, estas mediciones EDM, considerado como un conjunto, Probablemente haya refutado más teorías que cualquier otro experimento en la historia de la física. Los resultados se informan hoy, Viernes 28 de febrero de 2020, en el diario Cartas de revisión física .

Profesor Philip Harris, Director de la Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas y líder del grupo EDM de la Universidad de Sussex, dijo:

"Después de más de dos décadas de trabajo de investigadores de la Universidad de Sussex y otros lugares, ha surgido un resultado final de un experimento diseñado para abordar uno de los problemas más profundos de la cosmología durante los últimos cincuenta años:a saber, la pregunta de por qué el Universo contiene mucha más materia que antimateria, y, Por supuesto, por qué ahora contiene cualquier materia. ¿Por qué la antimateria no canceló todo el asunto? ¿Por qué queda algo?

"La respuesta se relaciona con una asimetría estructural que debería aparecer en partículas fundamentales como los neutrones. Esto es lo que hemos estado buscando. Hemos descubierto que el" momento dipolar eléctrico "es más pequeño de lo que se creía anteriormente. Esto nos ayuda a descartar teorías sobre por qué queda materia, porque las teorías que gobiernan las dos cosas están vinculadas.

"Hemos establecido un nuevo estándar internacional para la sensibilidad de este experimento. Lo que estamos buscando en el neutrón, la asimetría que muestra que es positivo en un extremo y negativo en el otro, es increíblemente pequeño. Nuestro experimento fue capaz de para medir esto con tal detalle que si la asimetría se pudiera escalar al tamaño de una pelota de fútbol, entonces, una pelota de fútbol con la misma escala llenaría el Universo visible ".

El experimento es una versión mejorada del aparato diseñado originalmente por investigadores de la Universidad de Sussex y el Laboratorio Rutherford Appleton (RAL). y que ha mantenido el récord mundial de sensibilidad de forma continua desde 1999 hasta ahora.

Dr. Maurits van der Grinten, del grupo de electroerosión por neutrones del Laboratorio Rutherford Appleton (RAL), dijo:"El experimento combina varias tecnologías de vanguardia que deben funcionar simultáneamente. Nos complace que el equipo, la tecnología y la experiencia desarrolladas por científicos de RAL han contribuido al trabajo para llevar al límite este importante parámetro "

Dr. Clark Griffith, Profesor de Física de la Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas de la Universidad de Sussex, dijo:

"Este experimento reúne técnicas de física nuclear atómica y de baja energía, incluida la magnetometría óptica basada en láser y la manipulación de espín cuántico. Al utilizar estas herramientas multidisciplinarias para medir las propiedades del neutrón con extrema precisión, podemos sondear cuestiones relevantes para la física de partículas de alta energía y la naturaleza fundamental de las simetrías subyacentes al universo. "

50, 000 mediciones

Cualquier momento dipolar eléctrico que pueda tener un neutrón es diminuto, y por eso es extremadamente difícil de medir. Las mediciones anteriores de otros investigadores lo han confirmado. En particular, el equipo tuvo que hacer todo lo posible para mantener el campo magnético local muy constante durante su última medición. Por ejemplo, cada camión que pasaba por la carretera junto al instituto perturbaba el campo magnético en una escala que habría sido significativa para el experimento, por lo que este efecto tuvo que compensarse durante la medición.

También, el número de neutrones observados tenía que ser lo suficientemente grande para proporcionar la posibilidad de medir el momento dipolar eléctrico. Las mediciones se realizaron durante un período de dos años. Los llamados neutrones ultrafríos, es decir, neutrones con una velocidad comparativamente lenta, se midieron. Cada 300 segundos, un montón de más de 10, Se dirigieron 000 neutrones al experimento y se examinaron en detalle. Los investigadores midieron un total de 50, 000 de estos racimos.

Se establece un nuevo estándar internacional

Los últimos resultados de los investigadores respaldaron y mejoraron los de sus predecesores:se ha establecido un nuevo estándar internacional. El tamaño del EDM es todavía demasiado pequeño para medirlo con los instrumentos que se han utilizado hasta ahora, así que algunas teorías que intentaron explicar el exceso de materia se han vuelto menos probables. Por tanto, el misterio permanece, Siendo por el momento.

El siguiente, más preciso, La medición ya se está construyendo en PSI. La colaboración de PSI espera comenzar su próxima serie de mediciones para 2021.

Buscar "nueva física"

El nuevo resultado fue determinado por un grupo de investigadores de 18 institutos y universidades de Europa y Estados Unidos sobre la base de los datos recopilados en la fuente de neutrones ultrafríos de PSI. Los investigadores recopilaron datos de medición allí durante un período de dos años, lo evaluó con mucho cuidado en dos equipos separados, y luego pudieron obtener un resultado más preciso que nunca.

El proyecto de investigación es parte de la búsqueda de "nueva física" que iría más allá del llamado Modelo Estándar de Física, que establece las propiedades de todas las partículas conocidas. Este es también uno de los principales objetivos de los experimentos en instalaciones más grandes, como el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) en el CERN.

Las técnicas desarrolladas originalmente para la primera medición de EDM en la década de 1950 llevaron a desarrollos que cambiaron el mundo, como los relojes atómicos y los escáneres de resonancia magnética. y hasta el día de hoy conserva su enorme y continuo impacto en el campo de la física de partículas.