Διαφήμιση

Πείραμα του CERN βελτιώνει την ακρίβεια της μέτρησης της μάζας αντιπρωτονίου χάρη σε μια καινοτόμο τεχνική ψύξης

View the full image

Γενεύη4 Νοεμβρίου2016.

ΣεμιαδημοσίευσηστοεπιστημονικόπεριοδικόScience, τοπείραμαASACUSA στο CERΝ ανακοίνωσεμιανέαακριβέστερημέτρησητηςμάζαςτουαντιπρωτονίουσεσχέσημεεκείνητουηλεκτρονίου. Αυτότοαποτέλεσμαβασίζεταισεφασματοσκοπικέςμετρήσειςμετηχρήσηπερίπου2 δισεκατομμυρίωναντιπρωτονικώνατόμωνηλίουπουείχανψυχθείσεεξαιρετικάχαμηλέςθερμοκρασίες, 1.5 - 1.7βαθμούς πάνωαπότοαπόλυτομηδέν. Σταάτομααντιπρωτονικούηλίουένααντιπρωτόνιοπαίρνειτηθέσηενόςαπόταηλεκτρόνιαπουπεριφέρονταιγύρωαπότονπυρήνα. Μετρήσειςόπωςαυτήπουανακοινώθηκε,παρέχουνέναμοναδικόεργαλείογιατησύγκρισημεμεγάληακρίβειατηςμάζαςενόςσωματιδίουαντιύληςμετοαντίστιχότουσωματίδιούλης, πουθαέπρεπεναείναιαπόλυταόμοιες.

“Έναςμεγάλοςαριθμόςατόμωνπουπεριέχουναντιπρωτόνιαψύχθηκεκάτωαπότους-271 βαθμούςΚελσίου. Προκαλείκατάπληξητογεγονόςοτιέναςάτομοπουαποτελείταικατάτοήμισυαπόαντιύλημπορείναψυχθείτόσοαπλά, τοποθετώνταςτοσεπαγωμένοαέριοηλίου,"είπε οMasaki Hori, επικεφαλήςτουπειράματος ASACUSA.

Τασωματίδιαύληςκαιαντιύληςπαράγονταιπάντασεζεύγη, ωςαποτέλεσματωνσυγκρούσεωνσωματιδίων. Σωματίδιακαιαντισωματίδιαέχουντηνίδιαμάζακαιαντίθετοηλεκτρικόφορτίο. Τοθετικάφορτισμένοποζιτρόνιο, γιαπαράδειγμα, είναιένααντι-ηλεκτρόνιο, τοαντισωματίδιοτουαρνητικάφορτισμένουηλεκτρονίου. Ταποζιτρόνιαέχουνπαρατηρηθείήδηαπότηδεκαετίατου1930 κατάτιςσυγκρούσειςτωνσωματιδίωνκοσμικήςακτινβολίαςπουσυμβαίνουνστηφύση, αλλάκαικατάτιςσυγκρούσειςπουπαράγονταισεεπιταχυντέςσωματιδίων. ΣήμεραταποζιτρόνιαχρησιμοποιούνταιευρέωςστουςσκάνερςPETτωννοσοκομείων. Παρ᾽ολ᾽αυτά, ημελέτηυψηλήςακριβείαςτωνσωματιδίωναντιύληςπαραμένειμιαπρόκλησηγιατίότανύληκαιαντιύληέρχονταισεεπαφήεξαϋλώνονταισεμιαλάμψηενέργειας(έκλυσηφωτονίων).

ΟΕπιβραδυντήςΑντιπρωτονίωντουCERNαποδίδειδέσμεςαντιπρωτονίωνχαμηλήςενέργειαςσεπειράματαπουμελετούντηναντιύλη. Γιαναχρησιμοποιηθούναυτάτααντιπρωτόνιασεεπιστημονικέςμετρήσεις, πολλάπειράματαταπαγιδεύουνγιαμεγάλεςπεριόδουςχρησιμοποιώνταςμαγνητικέςσυσκευές. ΗπροσέγγισητουASACUSAείναιδιαφορετική. Αυτότοπείραμαμπορείναδημιουργήσειιδιαίτεραυβριδικάάτομααποτελούμενααπόέναμίγμαύληςκαιαντιύλης. Αυτάείναιτααντιπρωτονικάάτομαηλίου, πουαποτελούνταιαπόένααντιπρωτόνιοκαιέναηλεκτρόνιοπουπεριφέρονταιγύρωαπόέναπυρήναηλίουκαιμπορούννα δημιουργηθούναπότηνανάμιξηαντιπρωτονίωνμεαέριοήλιον. Σεαυτότομίγμα, περίπου3% τωναντιπρωτονίωναντικαθιστούνένααπόταδύοηλεκτρόνιατουατόμουηλίου. Στοαντιπρωτονικόήλιον, τοαντιπρωτόνιοπουπεριφέρεταιγύρωαπότονπυρήναηλίουπροστατεύεταιαπότονέφοςηλεκτρονίωνπουπεριβαλλειόλοτοάτομο, κάνονταςτοαντιπρωτονικόήλιοαρκετάσταθερόγια τηνπραγματοποίησημετρήσεωνακριβείας.

Ημέτρησητηςμάζαςτουαντιπρωτονίουγίνεταιμεφασματοσκοπικέςμεθόδουςφωτίζονταςτοαντιπρωτονικόήλιονμεμιαδέσμηλέιζερ. Συντονίζονταςτολέιζερστησωστήσυχνότηταέχειωςαποτέλεσμαναπραγματοποιούντααντιπρωτόνια μια κβαντικήμετάβασημέσασταάτομα, καιημάζατουαντιπρωτονίουμπορείναμετρηθείσεσχέσημετημάζατουηλεκτρονίουμετηβοήθειααυτήςτηςσυχνότητας. Αυτήημέθοδοςχρησιμοποιήθηκεμεεπιτυχίαπριναπότοπείραμα ASACUSA γιατημέτρησηακριβείαςτηςμάζαςτουαντιπρωτονίου. Όμωςημικροσκοπικήκίνησητωνατόμωναντιπρωτονικούηλίουεισήγαγεμιασημαντικήπηγήαβεβαιότηταςστιςπροηγούμενεςμετρήσεις.

ΤοσημαντικότεροεπίτευγματουπειράματοςASACUSA, όπωςαναφέρεταιστο Science, είναιοτικατάφερεναψύξειτααντιπρωτονικάάτομαηλίουσεθερμοκρασίακοντάστοαπόλυτομηδέν, αφήνοντάςτανααιωρούνταισεψυχρόαδρανέςαέριοήλιο. Μεαυτόν τοντρόποημικροσκοπικήκίνησητωνατόμωνελαττώνεταικάνονταςακριβέστερητημέτρησητηςσυχνότηταςμετάβασηςκατάέναπαράγοντα1.4-10 σεσύγκρισημεπροηγούμεναπειράματα. Οιμετρήσειςπραγματοποιήθηκανκατάτηνπερίοδο2010-2014χρησιμοποιώνταςπερίπου2 δισεκατομμύριαάτομα, κάτιπουαντιστοιχείσεπερίπου17 femtograms (10 ^-15) αντιπρωτονικού ηλίου.

Σύμφωναμετιςεπικρατούσεςθεωρίες, αναμένεταιοτιτα πρωτόνιακαιαντιπρωτόνιαέχουντηνίδιαακριβώςμάζα. Ωςσήμερα, δενέχειβρεθείκαμμίαδιαφοράανάμεσαστιςμάζεςτους, αλλάβελτιώνονταςτηνακρίβειατηςσύγκρισηςθαμπορούμεναελέγξουμεμεαξιοπιστίαθεμελιώδειςαρχέςτουΚαθιερωμένουΠροτύπουτωνστοιχειωδώνσωματιδίων, όπωςησυμμετρίαCPT (τααρχικάαναφέρονταιστησυζυγίαφορτίου, τηνομοτιμίακαιτησυμμετρίααναστροφήςτου χρόνου. ΗσυμμετρίαCPT απορρέειαπόβασικέςσυμμετρίεςτουχωροχρόνου, όπωςηισοτροπίαπροςόλεςτιςκατευθύνσεις. Ηπαρατήρησηέστωκαιμικρήςπαραβίασηςτηςσυμμετρίαςτου CPTθααπαιτούσεαναθεώρησητωνυποθέσεώνμαςσχετικάμετηφύσηκαιτιςιδιότητεςτουχωροχρόνου.

ΤοπείραμαASACUSA πιστεύεται οτιθακαταφέρειναβελτιώσειακόμηπερισσότεροτηνακρίβειαμέτρησηςτηςμάζαςτουαντιπρωτονίουχρησιμοποιώνταςδύοδέσμεςλέιζερ. ΣτοπροσεχέςμέλλονηέναρξητουπειράματοςELENA στο CERN θαενισχύσεισημαντικάτηνακρίβειατέτοιων μερήσεων.

ΗεπιστημονικήδημοδίευσηστοScience:http://dx.doi.org/10.1126/science.aaf6702

Οπτικο-ακουστικόυλικότουπειράματος ASACUSA:

- VNR : https://cds.cern.ch/record/2229241

- B-roll: https://cds.cern.ch/record/2229556

ΦωτογραφίεςτουπειράματοςASACUSA: https://cds.cern.ch/record/1455665

Μετάφραση-Προσαρμογή:

Ελένη Χατζηχρήστου

Ελληνικός σύνδεσμος στο

European Particle Physics Communication Network (EPPCN)

CERN (European Organization for Nuclear Research): Το σημαντικότερο παγκοσμίως εργαστήριο σωματιδιακής φυσικής, με κεντρικές εγκαταστάσεις στη Γενεύη. Σήμερα οι χώρες μέλη του CERN είναι οι Αυστρία, Βέλγιο, Βουλγαρία, Γαλλία, Γερμανία, Δανία, Ελβετία, Ελλάδα, Ηνωμένο Βασίλειο, Ισπανία, Ισραήλ, Ιταλία, Κάτω Χώρες, Νορβηγία, Ουγγαρία, Πολωνία, Πορτογαλία, Ρουμανία, Σλοβακία, Σουηδία, Τσέχικη Δημοκρατία και Φινλανδία. Η Κύπρος και η Σερβίσ είναι συνεργαζόμενα μέλη στο προπαρασκευαστικό στάδιο συμμετοχής ως πλήρη μέλη, και το Πακιστάν, η Τουρκία και η Ουκρανία είναι συνεργαζόμενα μέλη. Οι Ινδία, Ιαπωνία, Ρωσία, ΗΠΑ, Ευρωπαϊκή Ένωση, JINR και UNESCO συμμετέχουν ως παρατηρητές.