«Все наши наблюдения находят полную симметрию между материей и антиматерией, поэтому нашей Вселенной не должно было существовать», говорит Кристиан Сморра из сотрудничества BASE в исследовательском центре ЦЕРН. «Где-то должна быть асимметрия, но мы просто не понимаем, где именно. Что ломает симметрию, каков источник?».
Поиск продолжается. До сих пор между протонами и антипротонами не было обнаружено никакой разницы, а она могла бы объяснить существование материи в нашей Вселенной. Однако физики в сотрудничестве BASE в исследовательском центре ЦЕРН смогли измерить магнитную силу антипротонов с беспрецедентной точностью. Тем не менее эти данные не предоставили никакой информации о том, как материя сформировалась в ранней Вселенной, поскольку частицы и античастицы должны были полностью разрушить друг друга.
Последние измерения BASE показали полную идентичность протонов и антипротонов, в очередной раз подтвердив Стандартную модель физики частиц. Ученые всего мира прибегают к самым разным методам, чтобы найти хоть какие-нибудь отличия, любой величины. Дисбаланс материи-антиматерии во Вселенной — одна из самых горячих тем для обсуждения в современной физике.
Многонациональное сотрудничество BASE в ЦЕРН объединяет ученых университетов и институтов всего мира. Они с большой точностью сравнивают магнитные свойства протонов и антипротонов. Магнитный момент — важный компонент частиц и может быть изображен примерно как эквивалент миниатюрного стержневого магнита. Так называемый g-фактор измеряет силу магнитного поля.
«Главный вопрос — обладает ли антипротон таким же магнетизмом, как и протон», объясняет Стефан Ульмер, представитель группы BASE. «Вот загадка, которую нам нужно решить».
Сотрудничество BASE представило высокоточные измерения антипротонного g-фактора еще в январе 2017 года, но нынешние измерения стали гораздо точнее. Текущее высокоточное измерение определило g-фактор до девяти значимых цифр. Это эквивалентно измерению окружности Земли с точностью до четырех сантиметров. Значение 2,7928473441(42) в 350 раз точнее результатов, опубликованных в январе.
«Это поразительное увеличение точности в столь короткий период времени стало возможным благодаря совершенно новым методам», говорит Ульмер. Ученые впервые взяли два антипротона и проанализировали их при помощи двух ловушек Пеннинга.
Антипротоны искусственно создаются в ЦЕРН, и ученые хранят их в ловушке для эксперимента. Антипротоны для текущего эксперимента были изолированы в 2015 году и измерены с августа по декабрь 2016 года. По сути, это самый длительный период хранения антивещества за все время. Антипротоны 405 дней находились в вакууме, в котором было в десять раз меньше частиц, чем в межзвездном пространстве. В общей сложности использовалось 16 антипротонов, охлажденных до температуры почти абсолютного нуля.
Измеренный g-фактор антипротона сравнили с g-фактором протона, который был измерен с невероятной точностью еще в 2014 году. В конечном итоге не было найдено никакой разницы. Это подтверждает CPT-симметрию, согласно которой во Вселенной имеется фундаментальная симметрия между частицами и античастицами.
Теперь ученым BASE придется разработать и внедрить методы еще более высокоточного измерения свойств протона и антипротона, чтобы найти ответ на интересующий всех вопрос.