"Al onze waarnemingen vinden volledige symmetrie tussen materie en antimaterie, dus ons universum had niet mogen bestaan", zegt Christian Smorra van de BASE-samenwerking in het CERN-onderzoekscentrum. “Er moet ergens asymmetrie zijn, maar we begrijpen gewoon niet waar precies. Wat breekt symmetrie, wat is de bron?"
De zoektocht gaat door. Tot nu toe is er geen verschil gevonden tussen protonen en antiprotonen, en het zou het bestaan van materie in ons universum kunnen verklaren. Echter, natuurkundigen in samenwerking met BASE van het CERN Research Center zijn erin geslaagd om de magnetische kracht van antiprotonen met ongekende nauwkeurigheid te meten. Deze gegevens gaven echter geen informatie over hoe materie zich in het vroege universum heeft gevormd, aangezien deeltjes en antideeltjes elkaar volledig hadden moeten vernietigen.
De laatste BASE-metingen hebben de volledige identiteit van protonen en antiprotonen aangetoond, wat opnieuw het standaardmodel van de deeltjesfysica bevestigt. Wetenschappers over de hele wereld gebruiken verschillende methoden om in ieder geval enkele verschillen te vinden, van welke omvang dan ook. De onbalans tussen materie en antimaterie in het heelal is een van de meest populaire discussiepunten in de moderne natuurkunde.
De multinationale BASE-samenwerking bij CERN brengt wetenschappers van universiteiten en instituten over de hele wereld samen. Ze vergelijken met grote nauwkeurigheid de magnetische eigenschappen van protonen en antiprotonen. Het magnetische moment is een belangrijk onderdeel van deeltjes en kan ruwweg worden afgebeeld als het equivalent van een miniatuur staafmagneet. De zogenaamde g-factor meet de sterkte van het magnetische veld.
“De grote vraag is of het antiproton hetzelfde magnetisme heeft als het proton”, legt Stephan Ulmer, een woordvoerder van de BASE-groep, uit. "Hier is een puzzel die we moeten oplossen."
De BASE-samenwerking presenteerde in januari 2017 zeer nauwkeurige metingen van de antiproton g-factor, maar de huidige metingen zijn veel nauwkeuriger. De huidige zeer nauwkeurige meting heeft de g-factor bepaald op negen significante cijfers. Dit komt overeen met het meten van de omtrek van de aarde tot op vier centimeter nauwkeurig. De waarde 2,7928473441 (42) is 350 keer nauwkeuriger dan de in januari gepubliceerde resultaten.
"Deze verbazingwekkende toename van de nauwkeurigheid in zo'n korte tijd is mogelijk gemaakt door volledig nieuwe technieken", zegt Ulmer. Wetenschappers namen eerst twee antiprotonen en analyseerden ze met behulp van twee Penning-vallen.
Antiprotonen worden kunstmatig gemaakt op CERN, en wetenschappers slaan ze op in een experiment. De antiprotonen voor het huidige experiment zijn in 2015 geïsoleerd en gemeten van augustus tot december 2016. Dit is in feite de langste retentieperiode voor antimaterie aller tijden. Antiprotonen brachten 405 dagen in een vacuüm door, waarin er tien keer minder deeltjes waren dan in de interstellaire ruimte. In totaal werden 16 antiprotonen gebruikt, gekoeld tot bijna het absolute nulpunt.
Promotie video:
De gemeten g-factor van het antiproton werd vergeleken met de g-factor van het proton, die in 2014 met een ongelooflijke nauwkeurigheid werd gemeten. Uiteindelijk werd er geen verschil gevonden. Dit bevestigt de CPT-symmetrie, volgens welke het universum een fundamentele symmetrie heeft tussen deeltjes en antideeltjes.
Nu zullen BASE-wetenschappers methoden moeten ontwikkelen en implementeren voor nog nauwkeurigere metingen van de eigenschappen van het proton en antiproton om het antwoord te vinden op de vraag die voor iedereen interessant is.
