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物质 - 反物质对称性:CERN实验在反质子磁矩测量中实现了六倍的改进

2019-08-05

物质 - 反物质对称性:CERN实验在反质子磁矩测量中实现了六倍的改进

hubble deep field
哈勃eXtreme深场“XDF”(2012)观点 - 除了几颗恒星之外,每一缕光都是整个星系 - 有的已经达到了132亿年。 照片:NASA; ESA; G. Illingworth,D。Magee和P. Oesch,加州大学圣克鲁兹分校; 莱顿大学R. Bouwens; 和HUDF09团队

宇宙学最大的未解答问题之一是 - ? 换句话说,在138亿年前的大爆炸中与物质一起创造的所有反物质在哪里?

如果宇宙大爆炸确实产生了相同数量的物质和反物质 - 这是我们目前的理论模型告诉我们的事情,为什么现在只剩下物质? 为什么现在的宇宙不是残余能量的荒地,因为物质和反物质粒子在接触时会被消灭?

科学家认为物质和反物质之间必然存在根本区别 - 在生存竞争中,物质与反物质的区别在于前者优于后者。 大爆炸产生了更多的物质,或者物质粒子与其反物质对应物之间存在尚未发现的性。

这就是为什么科学家们一直在寻找违反所谓的电荷,奇偶校验和时间反转(CPT)对称性的原因 - 这是粒子物理学标准模型的一个中心原则,它指出物理定律即使是粒子也是如此取而代之的是具有相反电荷的反粒子,即使其空间坐标被反转。

11月,与欧洲核子研究组织(CERN)ASACUSA合作相关的研究人员 ,他们对反质子的质量进行了新的精确测量 - 质子的反物质相对于电子的质量。 而现在,使用Baryon Antibaryon Symmetry Experiment(BASE)的科学家们已经将反质子的磁矩精度 。

质子的磁矩由于其旋转而产生,旋转是角动量的固有形式。 科学家认为,测量反粒子的磁矩并将它们与相应粒子的磁矩进行比较可以揭示CPT对称性的违规行为。

为了进行测量,研究人员使用了欧洲核子研究中心反质子减速器产生的质子并将它们放置在潘宁陷阱中,该陷阱使用强磁场捕获粒子。 这使他们能够分离出单个反质子,然后冷却到接近绝对零度。

他们的测量结果表明,除了相反的符号外,质子和反质子的磁矩在实验不确定度为百万分之0.8时是相同的。 这一结果提高了ATRAP合作(也是欧洲核子研究中心)之前的最佳测量精度,提高了6倍。

“我们看到粒子物理学的标准模型之间存在着深刻的矛盾,在这个模型中,质子和反质子是彼此相同的镜像,并且在宇宙学尺度上,物质和反物质的数量之间存在着巨大的差距。宇宙,“BASE Collaboration发言人Stefan Ulmer在一份 。 “我们的实验表明,基于比以往任何时候都精确六倍的测量,标准模型得以保持,并且实际上在实现的测量不确定性中质子/反质子磁矩没有差别。 我们没有找到任何违反CPT的证据。“

研究人员现在的目标是进一步完善他们的测量,以便达到十亿分之几的精度。 如果未来的实验确实揭示了CPT违规的暗示,它将为宇宙学中最基本的问题提供答案 - 为什么宇宙中有什么东西而不是什么?


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责任编辑:宗绘