В рамках серии экспериментов, направленных на разрешение одной из самых глубоких на сегодняшний день тайн физики, исследователи из Института физико-химических исследований (RIKEN), в сотрудничестве с коллегами из Майнцского университета Иоганна Гутенберга (University of Mainz), Центра по изучению тяжёлых ионов имени Гельмгольца (GSI Darmstadt) и Max Planck Institute for Physics, произвели самое точно, из когда-либо ранее проводимых, измерение магнитного момента протона.
Статья, опубликованная 28 мая 2014 года в журнале «Nature», стремится ответить на фундаментальный вопрос о том, почему мы вообще существуем. Считается, что в результате Большого Взрыва, произошедшего примерно 13 млрд лет тому назад, были сгенерированы равные количества вещества и антивещества, которые во время столкновений аннигилируют. Напомним, что аннигиляцией в физике принято называть реакцию превращения частицы и античастицы при их столкновении в какие-либо иные частицы, отличные от исходных. Сколько именно в настоящее время во Вселенной содержится вещества и антивещества, для учёных остается загадкой. На сегодняшний день в целях обнаружения различий, которые могли бы это хоть как-то объяснить, проводится много разнонаправленных исследований. Одно из них, весьма перспективное, заключается в сравнении магнитных моментов частиц материи и и антиматерии, так как даже самая крошечная разница может помочь объяснить наблюдаемую асимметрию.
Описываемое исследование было направлено на измерение магнитного момента протона и антипротона с беспрецедентной точностью, а также последующую идентификацию различий полученных результатов.
В рамках исследования, результаты которого были представлены в статье, учёные достигли важной вехи — им удалось измерить магнитный момент протона с чрезвычайно высокой точностью. Этого результата им удалось добиться благодаря использованию метода спектроскопии в Penning trap.
По словам первого автора статьи Andreas Mooser, предыдущий рекорд точности, которого удавалось добиться при проведении подобного рода исследований, составлял примерно 10 частей на млрд. Однако те измерения нуждались в последующих теоретических корректировках. Исследователям же удалось измерить магнитный момент протона с точностью 3 части на миллиард.
Новый метод, предусматривающий помещение лишь одной частицы в Penning trap, может применяться и для измерения магнитного момента антипротона, относительная точность которого на сегодняшний день составляет всего 4 части на миллион.
По словам соавтора публикации Stefan Ulmer из RIKEN, использование нового метода позволит значительно улучшить точность экспериментов, связанных с изучением симметрии «материя-антиматерия».
