sábado, 7 de junio de 2014

BLOQUEO EN EL MOMENTO MAGNÉTICO DEL PROTÓN

Atrapar campos: Un protón en una trampa Penning. Crédito G. Schneider Universidad de Maguncia
  
La medición más precisa jamás lograda del momento magnético del protón ha sido realizada por un grupo internacional de físicos. El nuevo resultado - en combinación con una medición similar, proyectada para doppelganger del protón, el antiprotón - podría ayudar a explicar uno de los misterios más profundos de la física - ¿por qué la materia del universo parece ser mayor que su enorme antimateria?.
Cada partícula fundamental tiene una antipartícula casi idéntica con carga eléctrica opuesta. Principales teorías de los físicos indican que las partículas y sus antipartículas fueron creadas en cantidades iguales durante el Big Bang debería haber aniquilado entre sí hace mucho tiempo. Pero el universo está lleno de materia y carece de antimateria, lo que sugiere que podría existir una diferencia sin ser detectada entre los dos.

Diferencias al Minuto

Una posible pista acerca de esta diferencia, podría estar en las pequeñas discrepancias entre los momentos magnéticos de las partículas y sus correspondientes antipartículas. Cualquier diferencia sería la primera conocida como una  violación de un principio fundamental de que los físicos llaman simetría de la carga-paridad-tiempo (CPT). En 2013 los investigadores que trabajan en la trampa de antihidrógeno (ATRAP), un experimento realizado en el CERN, establecieron el récord en lograr la comparación más precisa entre los momentos magnéticos del protón y el antiprotón, pero los científicos no encontraron diferencias entre los dos.

Ahora, Klaus Blaum , del Instituto Max Planck de Física Nuclear en Alemania, y sus colegas están buscando una prueba aún más rigurosa de simetría CPT. Para esto, se utilizó un dispositivo cilíndrico llamado Trampa Penning para confinar a un solo protón utilizando los campos magnéticos y eléctricos. El campo magnético de la trampa hace que el protón rodee el eje del cilindro a una velocidad conocida, como es su frecuencia en el ciclotrón. El campo también hace que la dirección de giro efectúa la precesión de la partícula como un trompo, pero con una frecuencia diferente. A partir de la relación de estas dos frecuencias, los científicos pueden calcular momento magnético de la partícula.

Doble trampa

La medición de la frecuencia del ciclotrón es relativamente fácil, pero la frecuencia de precesión es más difícil de precisar. Por esta razón, el grupo de Blaum se basa en una técnica del año 2008 desarrollado por otro grupo de investigadores para medir con precisión el momento magnético del electrón . En este trabajo, los investigadores aplicaron un segundo campo magnético que causó la precesión del electrón para cambiar la forma que oscila a lo largo del eje del cilindro. La frecuencia de la oscilación entonces cambió ligeramente de nuevo cuando el giro de la partícula volteó al señalar que estaba apuntando hacia abajo, por lo que al forzar un giro y medir el desplazamiento de frecuencia resultante, los científicos fueron capaces de determinar la frecuencia de precesión del electrón y por lo tanto su momento magnético.


 Imagen: Los pequeños confines: Una trampa Penning 
Crédito: C. Rodegheri, Instituto Max Planck de Física Nuclear

 Para aplicar esta técnica al momento magnético que es mucho más pequeño que el protón, el grupo de Blaum desarrolló lo que llama una "trampa Penning doble". En esta trampa los investigadores determinaron el estado de espín del protón, utilizando una técnica que reportaron en 2011 . Luego transportaron al protón a una segunda trampa, donde se miden las frecuencias de ciclotrón y la oscilación de la partícula. Los investigadores repitieron el proceso miles de veces durante más de cuatro meses, determinando finalmente el momento magnético del protón con una precisión de poco más de tres partes en un billón. Esta cifra es alrededor de 760 veces más precisa que lo que el grupo ATRAP logró en 2012.
"Felicito a este equipo para demostrar que podía hacer [esta medida] con el protón", dice Gerald Gabrielse , en la Universidad de Harvard, que es el portavoz ATRAP y también estuvo involucrado en la investigación de 2008. Sin embargo, señala que sin la medición de los antiprotones, los físicos no están más cerca de comprender el dominio de la materia.
Blaum dice que su equipo pronto tomará esa medida. El miembro del equipo Stefan Ulmer de RIKEN, un instituto de investigación en Tokio, ya ha instalado una trampa Penning doble en el desacelerador de antiprotones del CERN, que empezará a producir partículas durante este verano. Dentro de un año después, Blaum piensa que él y sus colegas se tienen que saber si el momento magnético del antiprotón se diferencia de la del protón con la precisión que han alcanzado. Pero Blaum añade que como su "confianza en la CPT es muy alta", no está apostando a una discrepancia.
La investigación de los investigadores A.Mooser,  S. Ulmer, K. Blaum, et al., se publica bajo el título “Direct High-Precision Measurement of the Magnetic Moment of the Proton en la Revista Nature

Fuente: Physics World / Nature

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