Uno dei misteri più profondi della fisica odierna è il motivo per cui sembriamo vivere in un mondo composto solo di materia, mentre il Big Bang avrebbe dovuto creare uguali quantità di materia e antimateria. Intorno al mondo, scienziati tra cui il team di Stefan Ulmer di RIKEN, stanno progettando e realizzando misurazioni ad alta precisione per cercare di scoprire differenze fondamentali tra materia e antimateria che potrebbero portare alla discrepanza.

In un lavoro pubblicato su Comunicazioni sulla natura , Il team di Ulmer ha scoperto che il momento magnetico dell'antiprotone è estremamente vicino a quello del protone. I ricercatori hanno utilizzato una tecnica sofisticata con una precisione sei volte maggiore rispetto al passato, che comporta l'intrappolamento di singole particelle in un dispositivo magnetico.

Per eseguire gli esperimenti, hanno preso gli antiprotoni generati dall'Antiproton Decelerator del CERN e li hanno inseriti in un potente dispositivo magnetico, chiamato trappola Penning, dove potevano essere conservati per periodi superiori a un anno. Quando eseguivano le misurazioni, in orari scelti con cura per cadere durante i turni di notte o nei fine settimana per ridurre al minimo le interferenze magnetiche, prendevano singoli antiprotoni dalla trappola di contenimento e li spostavano in un'altra trappola, dove sono stati raffreddati quasi allo zero assoluto e posti in un campo magnetico potente e complesso, permettendo al gruppo di misurare il momento magnetico.

Sulla base di sei misurazioni effettuate utilizzando questo metodo, il gruppo ha scoperto che il momento (fattore g) dell'antiprotone è 2.7928465(23), mentre quello del protone è stato precedentemente trovato essere 2.792847350 (9), con il numero tra parentesi che indica la quantità di incertezza nelle cifre finali. Questo mette le due misurazioni, che sono entrambe assolute, piuttosto che quelli relativi, entro 0,8 parti per milione l'uno dall'altro.

Secondo Ulmer, "Vediamo una profonda contraddizione tra il modello standard della fisica delle particelle, sotto il quale il protone e l'antiprotone sono immagini speculari identiche l'uno dell'altro, e il fatto che su scale cosmologiche, c'è un enorme divario tra la quantità di materia e antimateria nell'universo. Il nostro esperimento ha dimostrato, sulla base di una misurazione sei volte più precisa di qualsiasi altra fatta prima, che il modello standard regge, e che ci sembra, infatti, essere nessuna differenza nei momenti magnetici protone/antiprotone all'incertezza di misura raggiunta. Non abbiamo trovato alcuna prova per la violazione del CPT".

In esperimenti futuri, il team intende mirare all'applicazione di una tecnica di doppia trappola Penning ancora più sofisticata. Con questo metodo, Sono possibili misurazioni migliorate di 1000 volte. Il gruppo ha già applicato questa tecnica per misurare il momento magnetico del protone e ha a disposizione l'insieme dei metodi necessari per condurre questa misurazione anche con l'antiprotone. "Però, l'attuazione di questo schema sperimentale è tecnicamente molto impegnativa, e richiederà diverse iterazioni", dice Hiroki Nagahama, un dottorato di ricerca studente del gruppo di Ulmer e primo autore dello studio. "Stiamo pianificando di condurre questa misurazione in una delle prossime corse di antiprotoni".