Международная научная группа под руководством Стефана Ульмера (Stefan Ulmer) из Института физико-химических исследований в Вако (Япония) провела очень точные измерения соотношения заряда к массе протонов и антипротонов на антипротонном замедлителе в ЦЕРН. Результат измерения подтвердил зеркальность свойств протонов и антипротонов, рассказывает Phys.org со ссылкой на статью авторов эксперимента, опубликованную в Nature.
Во Вселенной элементарным частицам соответствуют их аналоги — античастицы, они одинаковые, только с другими знаками зарядов. При взаимодействии частиц и античастиц происходит аннигиляция. Мы же наблюдаем почему-то только обычную материю, а антиматерии регистрируем очень мало, и эта загадка до сих пор не решена. Физики-теоретики полагают, что разница в количестве двух видов материй (барионная асимметрия) обусловлена некоторой разницей их свойств, что проявляется в нарушении комбинированной четности (нарушение CP-симметрии открыто в 1964 году). Из-за этого антипротоны, к примеру, могут быстрее распадаться, чем протоны. Физики пытаются обнаружить различия этих свойств, но пока без успеха. Не обнаружено и нарушение более высокого принципа симметрии — симметричность заряда, четности и времени (CPT — Charge, Parity, Time).
CPT-симметрия — это ключевой компонент Стандартной модели физики частиц, теории, которая лучше всего описывает известный на сегодняшний день материальный мир.
Чтобы протестировать CPT-симметрию, ученые поставили эксперимент и исследовали соотношение электронного заряда к массе в примерно 6500 парах протонов и антипротонов в течение 35 суток. Чтобы не допустить контакта материи и антиматерии, разные типы частиц заперли магнитными полями. Потом измерили циклотронную частоту протонов и антипротонов, пропорциональную соотношению заряда к массе и силе магнитного поля. Измерение получилось в четыре раза точнее, чем предыдущие. Нарушений CPT-симметрии не обнаружилось, что означает одинаковость свойств протонов и антипротонов. Даже соотношение заряда к массе в течение суток различается у них на одну и туже величину — 720 частей на триллион. Это различие обусловлено вращением Земля вокруг своей оси и вращением по орбите Солнца. То есть протоны и антипротоны ведут себя одинаково в космосе, летают с одинаковой скоростью, а значит CPT-симметрия сохраняется.
Больше того, соотношения заряда к массе в поле гравитации Земли не различаются более, чем на 870 частей на миллиард. А значит, сохраняется принцип слабой эквивалентности, ключевой для теории относительности Эйнштейна. Этот принцип лучше всего объясняет, как работает гравитация.
В планах научной группы — продолжить эксперименты с более стабильными магнитными полями и другими подходами, чтобы в 10 раз увеличить точность измерений.
