Cientistas da colaboração BASE, liderado por cientistas RIKEN, desenvolveram um novo método de resfriamento que permitirá medições mais fáceis de uma propriedade de prótons e antiprótons chamada de momento magnético. Esta é uma das propriedades que está sendo investigada para resolver o mistério de por que nosso universo contém matéria, mas quase nenhuma antimatéria.

Nosso universo deveria, sob o modelo padrão, têm quantidades iguais de matéria e antimatéria, mas na realidade não. Para descobrir o porquê, cientistas de todo o mundo estão tentando descobrir pequenas diferenças entre os dois que possam resolver o mistério. Um caminho promissor é explorar se existem diferenças no momento magnético do próton e do antipróton, e o experimento BASE, baseado no CERN, está tentando determinar isso. Usando um dispositivo sofisticado - uma armadilha Penning capaz de capturar e detectar uma única partícula - a equipe BASE no passado foi capaz de melhorar a precisão das medições de momento magnético de próton e antipróton por um fator de trinta e por mais de três ordens de magnitude, respectivamente, levando a um teste de simetria matéria / antimatéria no nível de 1,5 partes em um bilhão, descobrindo essencialmente que os ímãs no próton e no antipróton são semelhantes a nove algarismos significativos.

Uma dificuldade - entre muitas - em realizar tais experimentos é que medir os momentos magnéticos com precisão, as partículas precisam ser mantidas em temperaturas próximas do zero absoluto, -273,15 ° C. Em experimentos anteriores, as temperaturas frias foram preparadas usando uma técnica conhecida como "resfriamento resistivo seletivo, "o que é demorado e, de acordo com os pesquisadores, "semelhante a jogar um dado com 100 faces, tentando rolar um 1. "

Para o experimento atual, publicado em Natureza , a colaboração BASE relatou a primeira demonstração de "resfriamento simpático" de um único próton ao acoplar a partícula a uma nuvem de íons 9Be + resfriados a laser. O resfriamento simpático envolve o uso de lasers ou outros dispositivos para resfriar um tipo de partícula, e então usar essas partículas para transferir o calor da partícula que desejam resfriar. Com esta técnica, o grupo resfriou simultaneamente um modo ressonante de um circuito sintonizado supercondutor macroscópico com íons resfriados a laser, e também conseguiu o resfriamento simpático de um único próton preso, atingindo temperaturas próximas do zero absoluto.

A técnica descrita no artigo recente é um primeiro passo importante para uma redução considerável de faces no coletor de dados, com a visão de reduzir idealmente a superfície a apenas uma. "Estamos relatando um primeiro passo importante, e o desenvolvimento deste método acabará por levar a um experimento spin-flip ideal, em que um único próton de baixa temperatura será preparado em apenas alguns segundos. Isso nos permitirá determinar o estado de spin da partícula em apenas uma medição que leva cerca de um minuto, "diz Christian Smorra, um dos cientistas que liderou o estudo. "Isso é consideravelmente mais rápido do que nossas medições anteriores de momento magnético, e irá melhorar as estatísticas de amostragem e a resolução de nossos estudos sistemáticos, "adiciona Matthew Bohman, um Ph.D. estudante do Instituto Max Planck de Física Nuclear, Heidelberg e o primeiro autor do estudo.

"Além disso, a conquista relatada tem aplicações não apenas em medições de momento magnético de próton / antipróton. Ele adiciona uma nova tecnologia geral à caixa de ferramentas da física de precisão da Penning-trap, e também tem aplicações potenciais em outras medições de momento magnético nuclear, comparações ultra-precisas de razões de carga para massa em armadilhas Penning, ou mesmo no aumento da produção de anti-hidrogênio, "acrescenta Stefan Ulmer, porta-voz da colaboração BASE e cientista-chefe do Laboratório de Simetrias Fundamentais RIKEN.

A colaboração BASE opera três experimentos, um na fábrica de antimatéria do CERN, um na Universidade de Hannover, e um na Universidade de Mainz, o laboratório onde o novo método foi efetivamente implementado. O estudo relatado é resultado da colaboração conjunta entre RIKEN, a Sociedade Alemã Max Planck, as Universidades de Mainz, Hannover e Tóquio, o instituto alemão de metrologia PTB, CERN, e GSI Darmstadt. O trabalho foi apoiado pelo Max Planck, RIKEN, Centro PTB para tempo, constantes e simetrias fundamentais.