Científicos de la colaboración BASE, dirigido por científicos de RIKEN, han desarrollado un nuevo método de enfriamiento que permitirá medir más fácilmente una propiedad de los protones y antiprotones llamada momento magnético. Esta es una de las propiedades que se está investigando para resolver el misterio de por qué nuestro universo contiene materia pero casi nada de antimateria.

Nuestro universo debería, bajo el modelo estándar, tienen cantidades iguales de materia y antimateria, pero en realidad no es así. Para averiguar por qué Los científicos de todo el mundo están tratando de descubrir pequeñas diferencias entre los dos que podrían resolver el misterio. Una vía prometedora es explorar si existen diferencias en el momento magnético del protón y el antiprotón, y el experimento BASE, con sede en el CERN, está tratando de determinar esto. Utilizando un dispositivo sofisticado, una trampa de Penning capaz de capturar y detectar una sola partícula, el equipo de BASE en el pasado pudo mejorar la precisión de las mediciones de momento magnético de protones y antiprotones en un factor de treinta y en más de tres órdenes de magnitud. respectivamente, conduciendo a una prueba de simetría materia / antimateria al nivel de 1.5 partes en mil millones, encontrando esencialmente que los imanes en el protón y el antiprotón son similares a nueve cifras significativas.

Una dificultad, entre muchas, para llevar a cabo tales experimentos es que para medir los momentos magnéticos con precisión, las partículas deben mantenerse a temperaturas cercanas al cero absoluto, -273,15 ° C. En experimentos anteriores, las temperaturas frías se prepararon utilizando una técnica conocida como "enfriamiento resistivo selectivo, "que lleva mucho tiempo y, según los investigadores, "similar a lanzar un dado con 100 caras, tratando de sacar un 1 ".

Para el experimento actual, publicado en Naturaleza , la colaboración BASE informó de la primera demostración de "enfriamiento simpático" de un solo protón al acoplar la partícula a una nube de iones 9Be + enfriados por láser. El enfriamiento simpático implica el uso de láseres u otros dispositivos para enfriar un tipo de partícula, y luego usar esas partículas para transferir el calor de la partícula que desean enfriar. Con esta técnica, el grupo enfrió simultáneamente un modo resonante de un circuito sintonizado superconductor macroscópico con iones enfriados por láser, y también logró el enfriamiento simpático de un solo protón atrapado, alcanzando temperaturas cercanas al cero absoluto.

La técnica descrita en el artículo reciente es un primer paso importante hacia una reducción considerable de caras en la variedad de dados, con la visión de reducir idealmente la superficie a una sola. "Estamos informando de un primer paso importante, y el mayor desarrollo de este método conducirá en última instancia a un experimento ideal de spin-flip, en el que se preparará un único protón a baja temperatura en tan solo unos segundos. Esto nos permitirá determinar el estado de giro de la partícula en una sola medición que toma alrededor de un minuto, "dice Christian Smorra, uno de los científicos que lidera el estudio. "Esto es considerablemente más rápido que nuestras mediciones de momento magnético anteriores, y mejorará tanto las estadísticas de muestreo como la resolución de nuestros estudios sistemáticos, "agrega Matthew Bohman, un doctorado estudiante del Instituto Max Planck de Física Nuclear, Heidelberg y el primer autor del estudio.

"Además, el logro informado tiene aplicaciones no solo en las mediciones de momento magnético de protones / antiprotones. Agrega nueva tecnología general a la caja de herramientas de precisión física de trampas de Penning, y también tiene aplicaciones potenciales en otras mediciones de momento magnético nuclear, comparaciones ultra precisas de relaciones de carga a masa en trampas Penning, o incluso en la mejora de la producción de antihidrógeno, "añade Stefan Ulmer, portavoz de la colaboración BASE y científico jefe del Laboratorio de Simetrías Fundamentales de RIKEN.

La colaboración BASE opera tres experimentos, uno en la fábrica de antimateria del CERN, uno en la Universidad de Hannover, y uno en la Universidad de Mainz, el laboratorio donde se implementó el nuevo método. El estudio informado es el resultado de la colaboración conjunta entre RIKEN, la Sociedad Alemana Max Planck, las universidades de Mainz, Hannover y Tokio, el instituto alemán de metrología PTB, CERN, y GSI Darmstadt. El trabajo fue apoyado por Max Planck, RIKEN, Centro de PTB para el tiempo, constantes y simetrías fundamentales.