Ученые подтвердили, что протоны и антипротоны являются идеальными "зеркальными отражениями" друг друга - «Наука и технологии»

Выполняя строгую проверку одной из фундаментальных частей Стандартной Модели физики элементарных частиц, известной как CPT-симметрия, исследователи эксперимента BASE, возглавляемого учеными из японского Института физико-химических исследований RIKEN, совместно с учеными CERN, произвели самые высокоточные на сегодняшний день измерения соотношений заряда к массе протонов и их антиподов - антипротонов. В этой работе ученые использовали установку CERN Antiproton Decelerator, устройство, которое обеспечивает получение низкоэнергетических антипротонов для проведения разнообразных исследований в области антивещества.

Проведенный эксперимент предназначался для проверки того, что система (частица) остается неизменной, даже если три ее фундаментальных свойства синхронно изменяются на противоположные. К этим свойствам относится заряд (C), который различен у вещества и антивещества, равенство (соответствие, P), которое подразумевает зеркальное отражение на 180 градусов, и время (Т). Это лежит в основе главных принципов Стандартной Модели и это подразумевает, что частицы антивещества должны быть идеальными зеркальными копиями частиц вещества, только с обратным зарядом.

"Ответы на эти фундаментальные вопросы должны дать нам подсказки касательно того, почему мы живем во Вселенной, в которой фактически нет никакого антивещества" - рассказывает Штефан Улмер (Stefan Ulmer), - "Ведь во время Большого Взрыва образовалось равное количество вещества и антивещества. И если нам удастся обнаружить нарушения принципа CPT-симметрии, это могло бы указать на то, что частицы и античастицы имеют немного различные свойства. Это, в свою очередь, может привести к тому, что антипротоны могли аннигилировать раньше, нежели обычные протоны. Но мы не обнаружили никаких отклонений даже в самых узких рамках, показатели протонов и антипротонов полностью совпадают".

Для того, чтобы произвести исследования, ученые использовали схему, разработанную еще в 1990-х годах. Они получили антипротоны и ионы водорода из недр установки Antiproton Decelerator. Индивидуальные пары антипротон-протон были замедлены до ультранизкой энергии и захвачены в магнитной ловушке Пеннинга. Эти пары циркулировали в недрах маленького циклотрона, рабочая частота которого позволила ученым вычислить соотношение заряда к массе и сравнить этот показатель для частиц и античастиц. В ходе 35-дневного эксперимента были замерены показатели для 6500 пар, что обеспечило достаточно высокую точность измерений.

"То, что мы нашли - это то, что значение соотношения заряда к массе разнится с точностью 69 триллионных частей" - рассказывает Штефан Улмер, - "Эти измерения имеют в четыре раза большую энергетическую разрешающую способность, чем аналогичные измерения, проведенные раньше. И наши результаты еще больше ограничивают вероятность нарушения принципа CPT-симметрии. Дальше мы планируем достигнуть точности измерений, которая будет еще в 10-100 раз точней, нежели нынешние измерения, и только после этого можно будет дать однозначный ответ о возможности нарушения некоторых частей Стандартной Модели".

"В настоящее время существует множество фактов, указывающих на существование другой физики, выходящей за рамки Стандартной Модели" - рассказывает Кристиан Сморра (Christian Smorra), член группы BASE, - "На это указывают загадка существования темной материи, несоответствие между количеством материи и антиматерии. Проведенные нами высокоточные измерения, конечно дали нам множество новой пищи для размышлений. Но самым главным является то, что они помогли нам определиться с дальнейшим направлением проведения исследований в будущем".