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.
Crédito: C.
Rodegheri, Instituto Max Planck de Física Nuclear
"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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