该实验开发了一种新的装置,用于更有效地冷却反质子,并大大提高其基本性质测量的精度。

基地物理学家芭芭拉拉塔克斯站在实验的冷冻器前面。这个圆柱体保持在4KLVIN(-269℃),它容纳了冷却和测量反质子和一个非常强的磁铁的陷阱系统。(图片:欧洲核研究组织)

为了研究反物质粒子,实验必须把它们冷却到可能的最低温度。 基础实验 在这方面刚刚达到一个新的里程碑。在杂志上发表的一篇文章 体检信 ,这项合作提出了一种新的装置,它可以把冷却反质子所需的时间从15小时减少到8分钟。这种显著的改进使我们有可能以无与伦比的精确度测量反质子的特性。

基地,位于欧洲核研究中心 反物质工厂 ,专门研究反质子,测量其基本性质,例如内在磁矩和 电荷质量比 尽可能高的精确度。通过将这些测量结果与质子的测量结果进行比较,这种协作促进了我们对反物质的理解。其中一个目标是帮助解决最基本的问题。 物质与反物质不对称 在宇宙中。

为了确定反质子的磁矩,实验测量了单个反质子的旋转量子跃迁频率,这本身就是一个惊人的壮举。在磁场的影响下,反质子的旋转方向改变,在-1/2和1/2之间交替,它的两个可能值。这种测量只有在极冷的反质子下才有可能。研究的主要作者芭芭拉·拉塔克斯解释说:"为了清楚地测量反质子的旋转转变,我们需要把反质子冷却到不到200米利克尔文。"

该公司以前的设备可以做到这一点,但只有在15小时的冷却之后。"由于我们需要执行1000个测量周期,这将花费我们三年的不间断测量,这是不现实的,"芭芭拉拉塔克斯继续说道。通过将冷却时间缩短到8分钟,基地现在可以在不到一个月的时间内获得所需的1000个测量值的全部数据,从而提高其精度。结果,实验宣布,它检测反质子旋转转变的误差比以前低了三个数量级。

为了进行测量,基地使用的反质子已经减速 反质子减速器 然后是超低能反质子环(埃琳娜)。然后,它将大约100个反质子存储在一个笔式陷阱中,用电场和磁场将它们固定在原地。然后将一个反质子提取到一个由两个笔套组成的系统中。第一个陷阱测量粒子的温度.如果它太高,反质子就会转移到第二个陷阱去冷却。然后,粒子在两个陷阱之间来回移动,直到达到所需的温度。

基地宣布的突破的关键是改进冷却器.它的直径已经缩小到只有3.8毫米,不到以前实验中使用的一半。它已经配备了一个创新的分段-电极系统,以更有效地降低一个反质子振荡(回旋加速器模式)的幅度。反质子的"温度"与其具有若干叠加模式的振荡有关。回旋加速器模式与粒子在磁场中的运动联系在一起,必须进行还原,以便进行旋转状态测量。读取器电子也被优化,以减少背景噪声,这将转化为扰动,因此热的反质子。因此,在每个循环中,反质子在冷却陷阱中所花费的时间从10分钟减少到5秒。测量陷阱的进一步改进也使测量时间减少了四倍。

有了新设备,基地打算进一步改进 它自己的精确记录 ."到目前为止,我们已经能够将反质子和质子的磁矩精确度比较为十亿分之一。我们的新设备将使我们达到10或100亿分之一的精确度。"最轻微的差异可能有助于解决宇宙中物质和反物质之间失衡的奥秘。"

采访芭芭拉玛丽亚拉塔克斯,物理学家在基础实验。 (录像:欧洲核研究组织)