Um dos mistérios mais profundos da física hoje é porque parece que vivemos em um mundo composto apenas de matéria, enquanto o Big Bang deveria ter criado quantidades iguais de matéria e antimatéria. Ao redor do mundo, cientistas, incluindo a equipe de Stefan Ulmer da RIKEN, estão projetando e realizando medições de alta precisão para tentar descobrir diferenças fundamentais entre matéria e antimatéria que podem levar à discrepância.

Em trabalho publicado em Nature Communications , A equipe de Ulmer descobriu que o momento magnético do antipróton é extremamente próximo ao do próton. Os pesquisadores usaram uma técnica sofisticada com precisão seis vezes maior do que anteriormente, que envolve aprisionar partículas individuais em um dispositivo magnético.

Para realizar os experimentos, eles pegaram antiprótons gerados pelo Antiproton Decelerator do CERN e os colocaram em um poderoso dispositivo magnético - chamado de armadilha Penning - onde poderiam ser armazenados por períodos de mais de um ano. Ao fazer as medições - às vezes cuidadosamente escolhidas para cair durante os turnos da noite ou nos fins de semana para minimizar a interferência magnética - eles pegaram antiprótons individuais da armadilha de contenção e os moveram para outra armadilha, onde foram resfriados a quase zero absoluto e colocados em um campo magnético poderoso e complexo, permitindo ao grupo medir o momento magnético.

Com base em seis medições feitas usando este método, o grupo descobriu que o momento (fator g) do antipróton é 2,7928465 (23), enquanto que o do próton era anteriormente de 2,792847350 (9) - com o número entre parênteses indicando a quantidade de incerteza nos dígitos finais. Isso coloca as duas medidas - que são absolutas, em vez de relativos - com cerca de 0,8 partes por milhão um do outro.

De acordo com Ulmer, "Vemos uma contradição profunda entre o modelo padrão da física de partículas, sob o qual o próton e o antipróton são imagens idênticas um do outro no espelho, e o fato de que em escalas cosmológicas, existe uma enorme lacuna entre a quantidade de matéria e antimatéria no universo. Nosso experimento mostrou, com base em uma medição seis vezes mais precisa do que qualquer outra feita antes, que o modelo padrão suporta, e isso parece, na verdade, não haver diferença nos momentos magnéticos de próton / antipróton na incerteza de medição alcançada. Não encontramos nenhuma evidência de violação do CPT. "

Em experiências futuras, a equipe planeja aplicar uma técnica de armadilha dupla Penning ainda mais sofisticada. Com este método, São possíveis medições 1000 vezes melhoradas. O grupo já aplicou essa técnica para medir o momento magnético do próton e tem em mãos o conjunto de métodos necessários para realizar essa medição também com o antipróton. "Contudo, a implementação deste esquema experimental é tecnicamente muito desafiadora, e exigirá várias iterações ", diz Hiroki Nagahama, um Ph.D. aluno do grupo de Ulmer e primeiro autor do estudo. "Estamos planejando realizar essa medição em uma das próximas execuções de antiprótons."