Protone e antiprotone? Non sono poi così diversi / Proton and antiproton? They aren't so different

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

I ricercatori del progetto internazionale Base sono riusciti, grazie a un innovativo metodo di misurazione, a scoprire il valore del momento magnetico di un antiprotone. Questo risulta estremamente vicino a quello del protone.

Fisica, novità dal mondo delle particelle subatomiche: accurate misurazioni del momento magnetico (una particolare proprietà quantistica) di protoni e antiprotoni hanno svelato che le due particelle sono molto più simili di quello che si potesse pensare. A condurre le misurazioni è stata un’équipe di ricercatori del progetto internazionale Base, che coinvolge l’Università di Tokyo, il Riken, l’Istituto Max Planck, l’Università di Mainz, l’Università di Hannover, il Gsi di Darmstadt e il German National Metrology Institute, che ha lo scopo appunto di scoprire perché il nostro Universo è quasi esclusivamente composto da materia e (sembra) non da antimateria. Utilizzando un nuovo e innovativo metodo di misurazione, il team di ricercatori ha saputo misurare il momento magnetico dell’antiprotone con una precisione di ben 350 volte superiore rispetto a qualsiasi altra misura fatta in precedenza. I risultati dello studio, apparso su Nature, mostrano che i momenti magnetici del protone e dell’antiprotone sono molto vicini: questa misurazione sembra essere una conferma indiretta della cosiddetta simmetria Cpt, una teoria che descrive simmetrie nelle leggi fisiche che regolano materia e antimateria.
Per eseguire la misurazione e confrontare le proprietà magnetiche dei protoni e antiprotoni, il team di ricercatori ha utilizzato un nuovo metodo di misurazione sviluppato nel laboratorio Riken da Stefan Ulmer. “In sintesi, la questione è se l’antiprotone ha lo stesso magnetismo di un protone”, ha spiegato Ulmer.

“Questo è l’enigma che dobbiamo risolvere”

Il nuovo sistema si basa su due trappole di Penning (che usano campi elettrici e magnetici per catturare gli antiprotoni) e la misurazione simultanea all’interno di un campo magnetico uniforme di due antiprotoni separati: uno misurato a una temperatura relativamente alta di circa 80 gradi (una temperatura equivalente all’acqua calda) e l’altro a -273 gradi, estremamente vicino allo zero assoluto. In termini tecnici, il primo antiprotone viene utilizzato per calibrare il campo magnetico misurando una proprietà denominata “frequenza ciclotronica”, mentre l’altro viene utilizzato per misurare una qualità nota come la frequenza Larmor o della precessione, permettendo misure precise del momento magnetico.

Usando questo nuovo metodo, il team di fisici ha scoperto che il momento magnetico dell’antiprotone ha un valore estremamente vicino a quello del protone misurato nel 2014 dagli stessi ricercatori. “La misura degli antiprotoni è stata estremamente difficile e ci abbiamo lavorato per ben dieci anni”,spiegano i ricercatori.
Come si legge nello studio, questa estrema vicinanza tra i due valori è una conferma della simmetria Cpt che afferma che l’universo è composto da una simmetria fondamentale tra particelle e antiparticelle. In altre parole, la simmetria Cpt si riferisce all’idea che se le particelle cambiano in due di tre proprietà (la carica, la parità e il tempo) devono cambiare anche nella terza ed è fondamentale per comprendere lo squilibrio tra materia e antimateria. “Tutte le nostre osservazioni trovano una completa simmetria tra materia e antimateria, e per questo l’universo non dovrebbe esistere”, spiega Christian Smorra, primo autore dello studio. “Tuttavia, una differenza deve esserci da qualche parte, ma ora semplicemente non capiamo dove sia. Riproveremo l’esperimento con diverse nuove tecniche e riteniamo che entro il 2021 saremo in grado di raggiungere un miglioramento di almeno dieci volte”.

ENGLISH

The researchers of the international base project have succeeded, thanks to an innovative method of measuring, to discover the value of the magnetic moment of an antiproton. This is extremely close to that of the proton.

Physics, novelties from the world of subatomic particles: accurate magnetic momentum measurements (a particular quantum property) of protons and antiprotons have revealed that the two particles are much more similar to what one might think. Measuring was a team of researchers from the International Base Project, involving the University of Tokyo, the Riken, the Max Planck Institute, the University of Mainz, the University of Hanover, the Gsi of Darmstadt and the German National Metrology Institute, whose purpose is precisely to find out why our Universe is almost exclusively composed of matter and (it seems) not antimatter. Using a new and innovative metering method, the team of researchers has been able to measure the magnetic moment of an antiproton with a precision of 350 times more than any other measure previously made. The results of the study, appearing in Nature, show that the magnetic moments of the proton and antiproton are very close. This measurement appears to be an indirect confirmation of the so-called symptom Cpt, a theory that describes symmetries in the physical laws governing matter and antimatter.

To perform the measurement and compare the magnetic properties of protons and antiprotons, the team of researchers used a new measurement method developed in the Riken laboratory by Stefan Ulmer. "In short, the question is whether the antiproton has the same magnetism as a proton," Ulmer explained.

"This is the puzzle we have to solve"

The new system is based on two Penning traps (using electrical and magnetic fields to capture antiprotons) and simultaneous measurement within a uniform magnetic field of two separate antiprotons: one measured at a relatively high temperature of about 80 degrees (a temperature equivalent to hot water) and the other at -273 degrees, extremely close to the absolute zero. In technical terms, the first antiproton is used to calibrate the magnetic field by measuring a property called "cyclotronic frequency", while the other is used to measure a known quality such as Larmor or precession, allowing precise measurements of the magnetic moment.

Using this new method, the physics team found that the antiprotons magnetic moment has an extremely close proton value measured in 2014 by the same researchers. "The measure of antiprotons has been extremely difficult and we have been working for ten years," the researchers say.

As stated in the study, this extreme proximity between the two values is a confirmation of Cpt symmetry that states that the universe is composed of a fundamental symmetry between particles and antiparticles. In other words, Cpt symmetry refers to the idea that if the particles change in two of three properties (charge, equality, and time) they must also change in the third and is critical to understanding the imbalance between matter and antimatter. "All of our observations find a complete symmetry between matter and antimatter, and therefore the universe should not exist," says Christian Smorra, the first author of the study. "However, a difference must be somewhere, but now we just do not know where it is. We will repeat the experiment with several new techniques and we believe that by 2021 we will be able to achieve an improvement of at least ten times. "

Da:

https://www.wired.it/scienza/lab/2017/10/19/protone-antiprotone-non-cosi-diversi/