Antimateria şi materia obişnuită se comportă similar într-un câmp gravitaţional, sugerează noi experimente

Modelul Standard al fizicii particulelor este incredibil de reușit, dar incomplet.

Printre întrebările rămase fără răspuns se numără şi dezechilibrul izbitor al materiei și antimateriei din Univers, cel care inspiră experimente pentru compararea, cu mare precizie, a proprietățile fundamentale ale materie şi antimateriei.

Conform Modelului Standard, particulele de materie și antimaterie pot diferi, de exemplu prin modul cum se transformă în alte particule, dar majoritatea proprietăților lor, inclusiv masele, ar trebui să fie identice.

Găsirea oricărei mici diferențe între masa protonului și masa antiprotonului sau între raportul dintre sarcina electrică și masă pentru aceste particule ar rupe o simetrie fundamentală a Modelului Standard numită simetria CPT și ar indica noi fenomene fizice dincolo de Modelul Standard.

O astfel de diferență ar putea permite înţelegerea motivului pentru care Universul este alcătuit aproape în întregime din materie, chiar dacă cantități egale de antimaterie au fost create în urma Big Bang-ului.

Diferențele dintre particulele de materie și antimaterie, care sunt în concordanță cu Modelul Standard, sunt mult prea mici pentru a putea explica acest dezechilibru cosmic observat.

Pentru a efectua măsurătorile protonilor și antiprotonilor, fizicienii de la BASE Collaboration au izolat antiprotoni și ioni de hidrogen încărcați electric negativ într-o capcană de particule de ultimă generație numită capcană Penning.

În acest dispozitiv o particulă urmează o traiectorie ciclică cu o frecvență apropiată de frecvența de ciclotron, care se scalează odată cu intensitatea câmpului magnetic al capcanei și raportul sarcină/masă al particulei.

Introducând pe rând antiprotoni și ioni de hidrogen încărcați electric negativ în capcană, cercetătorii au măsurat, în aceleași condiții, frecvențele de ciclotron ale acestor două tipuri de particule, ceea ce a permis compararea  valorilor pentru raportul sarcină/masă.

Măsurătorile efectuate între decembrie 2017 și mai 2019 au generat peste 24.000 de comparații ale frecvenței de ciclotron.

Cercetătorii din echipa BASE au determinat din aceste comparații că valoarea raportului sarcină/masă în cazul protonilor și antiprotonilor este identică cu o precizie de 16 părți pe trilion.

„Acest rezultat este de 4 ori mai precis decât cea mai bună comparație anterioară, iar raportul sarcină/masă este acum proprietatea cea mai precis măsurată a antiprotonului.

Pentru a atinge această precizie am modernizat experimentul și am efectuat măsurători chiar şi atunci când generatorul de antimaterie a fost închis, folosind rezervorul nostru de antiprotoni care poate stoca antiprotoni ani de zile”, a declarat Dr. Stefan Ulmer, purtător de cuvânt al Colaborării BASE.

Antimateria și materia obișnuită se comportă similar într-un câmp gravitațional

Cercetătorii au comparat raportul sarcină/masă pentru antiproton şi proton cu o precizie fracțională de 16 părți pe trilion. Credit: Chukman So.

Pe lângă compararea protonilor și antiprotonilor, cu o precizie fără precedent, oamenii de știință au folosit aceste măsurători pentru a stabili limite stricte asupra modelelor teoretice, dincolo de Modelul Standard, care încalcă simetria CPT, precum și pentru a testa o lege fundamentală a fizicii cunoscută sub numele de principiul slab de echivalență.

Conform acestui principiu, diferite corpuri din același câmp gravitațional au aceeași accelerație în absența forțelor de frecare.

Deoarece experimentul BASE s-a desfăşurat pe suprafața Pământului, măsurătorile frecvenței de ciclotron în cazul protonilor și antiprotonilor au fost efectuate în câmpul gravitațional de pe suprafața Pământului.

Orice diferență între interacțiunea gravitațională a protonilor și antiprotonilor ar avea ca rezultat o diferență între frecvențele de ciclotron ale protonului și antiprotonului.

Analizând câmpul gravitațional  variabil al Pământului pe măsură ce planeta orbitează în jurul Soarelui, echipa BASE nu a găsit o astfel de diferență și a stabilit o valoare maximă pentru această măsurătoare diferențială de 3 părți din 100.

„Această limită este comparabilă cu obiectivele inițiale de precizie ale experimentelor care urmăresc să studieze căderea antihidrogenului în câmpul gravitațional al Pământului.

BASE nu a studiat, în mod direct, căderea antimateriei în câmpul gravitațional al Pământului, dar măsurarea influenței gravitației asupra unei particule de antimaterie barionică este conceptual foarte similară, fără a identifica vreo interacțiune anormală între antimaterie și gravitație la nivelul de incertitudine atins”, a spus Dr. Ulmer.

Rezultatele echipei au fost publicate în revista Nature.

Traducere după Antimatter Responds to Gravity in Same Way as Regular Matter, New Experiments Suggest

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată.