Експеримент BASE з вивчення антивіщення уточнив величину g-фактора антипротона. Нове значення майже в 350 разів точніше попереднього результату, отриманого в січні цього року, і практично не відрізняється від значення g-фактора протону. Таким чином, відмінність матерії від антиматерії знову не було виявлено. Стаття опублікована в.
g-фактор - це величина, що показує, наскільки магнітний момент частинки відрізняється від її механічного моменту. Для класичної частинки він дорівнює одному, для частинки зі спином - двом (це випливає з рівняння Дірака). Однак для реальних частинок він може приймати (і приймає) значення, відмінні від цілих чисел. Виявлення і пояснення цих відмінностей свого часу зіграло важливу роль у теоретичній фізиці - наприклад, за пояснення аномального магнітного моменту електрона Швінгер, Фейнман і Томонага отримали в 1965 році Нобелівську премію.
Аномальне значення g-фактора лептонів (на даний момент відомі значення для електрону і мюону) обумовлено електричною взаємодією і добре узгоджується з передбаченнями квантової теорії поля. Однак для адронів при розрахунку магнітного моменту необхідно враховувати ефекти сильної взаємодії, для якої обчислення виконати складніше (наприклад, через відсутність малого параметра), і для них теоретичні значення відрізняються від експериментальних.
Це дозволяє припустити, що магнітні моменти протона і антипротона можуть відрізнятися. Така відмінність означала б, що CPT-симетрія порушується. Це допомогло б розробити «Нову фізику» і пояснити розбіжність у кількості матерії та антиматерії, яку неможливо пояснити в рамках Стандартної моделі.
В експерименті вчені вимірювали не сам g-фактор, а ларморовську і циклотронну частоту антипротонів, з яких можна знайти шукану величину g-фактора. Для цього вони поміщали частинки в пастки Пеннінга і стежили за їхньою поведінкою в зовнішньому магнітному полі. В експерименті використовувалися 16 антипротонів, отриманих штучно в 2015 році в CERN і зберігалися 405 днів до моменту вимірювань у серпні та грудні 2016.
Новий метод вимірювання магнітного моменту використовував взаємодію двох пасток Пеннінга, в яких знаходилися досліджувані антипротони. Таким чином вченим вдалося досягти великої однорідності магнітного поля пастки (флуктуації поля майже в 85000 разів менше, ніж у попередньої моделі пастки) і виключити пов'язані з нею похибки вимірювань. Також одна з пасток сильно охолоджувалася, оскільки для вимірювання ларморівської частоти необхідна температура, що не перевищує 0,2 кельвіна.
Фізики порівняли отриманий g-фактор антипротона з аналогічною величиною для протона, виміряною навіть з більшою точністю (до 11 знака після коми) в 2014 році. Отримані значення збігаються з точністю до 10-9, що вкотре свідчить про відсутність відмінності матерії та антиматерії. Тим не менш, вчені не здаються і планують збільшити точність вимірювань у майбутньому.
У січні цього року ми писали про результати попереднього виміру магнітного моменту антипротона, виконаного колаборацією BASE.