„Alle unsere Beobachtungen finden eine vollständige Symmetrie zwischen Materie und Antimaterie, daher hätte unser Universum nicht existieren dürfen“, sagt Christian Smorra von der BASE-Zusammenarbeit am CERN-Forschungszentrum. „Irgendwo muss es eine Asymmetrie geben, aber wir verstehen einfach nicht genau, wo. Was bricht die Symmetrie, was ist die Quelle?"
Die Suche wird fortgesetzt. Bisher wurde kein Unterschied zwischen Protonen und Antiprotonen festgestellt, und dies könnte die Existenz von Materie in unserem Universum erklären. Physiker konnten jedoch in Zusammenarbeit mit BASE am CERN Research Center die Magnetkraft von Antiprotonen mit beispielloser Genauigkeit messen. Diese Daten lieferten jedoch keine Informationen darüber, wie sich Materie im frühen Universum gebildet hat, da sich Partikel und Antiteilchen vollständig gegenseitig hätten zerstören müssen.
Die neuesten BASE-Messungen haben die vollständige Identität von Protonen und Antiprotonen gezeigt und damit erneut das Standardmodell der Teilchenphysik bestätigt. Wissenschaftler auf der ganzen Welt verwenden eine Vielzahl von Methoden, um zumindest einige Unterschiede jeglicher Größenordnung zu finden. Das Ungleichgewicht zwischen Materie und Antimaterie im Universum ist eines der heißesten Diskussionsthemen in der modernen Physik.
Die multinationale BASE-Zusammenarbeit am CERN bringt Wissenschaftler von Universitäten und Instituten auf der ganzen Welt zusammen. Sie vergleichen mit großer Genauigkeit die magnetischen Eigenschaften von Protonen und Antiprotonen. Das magnetische Moment ist ein wichtiger Bestandteil von Partikeln und kann grob als Äquivalent eines Miniaturstabmagneten dargestellt werden. Der sogenannte g-Faktor misst die Stärke des Magnetfeldes.
„Die große Frage ist, ob das Antiproton den gleichen Magnetismus wie das Proton hat“, erklärt Stephan Ulmer, Sprecher der BASE-Gruppe. "Hier ist ein Rätsel, das wir lösen müssen."
Die BASE-Zusammenarbeit präsentierte bereits im Januar 2017 hochpräzise Messungen des Antiprotonen-G-Faktors, aber die aktuellen Messungen sind viel genauer. Die aktuelle hochpräzise Messung hat den g-Faktor auf neun signifikante Stellen bestimmt. Dies entspricht einer Messung des Erdumfangs auf die nächsten vier Zentimeter. Der Wert 2.7928473441 (42) ist 350-mal genauer als die im Januar veröffentlichten Ergebnisse.
„Diese erstaunliche Steigerung der Genauigkeit in so kurzer Zeit wird durch völlig neue Techniken ermöglicht“, sagt Ulmer. Die Wissenschaftler nahmen zuerst zwei Antiprotonen und analysierten sie mit zwei Penning-Fallen.
Antiprotonen werden am CERN künstlich hergestellt und von Wissenschaftlern in einem Experiment eingeschlossen gespeichert. Die Antiprotonen für das aktuelle Experiment wurden 2015 isoliert und von August bis Dezember 2016 gemessen. Tatsächlich ist dies die längste Antimaterie-Retentionszeit aller Zeiten. Antiprotonen verbrachten 405 Tage in einem Vakuum, in dem sich zehnmal weniger Partikel befanden als im interstellaren Raum. Insgesamt wurden 16 Antiprotonen verwendet, die auf nahezu den absoluten Nullpunkt abgekühlt waren.
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Der gemessene g-Faktor des Antiproton wurde mit dem g-Faktor des Protons verglichen, der bereits 2014 mit unglaublicher Genauigkeit gemessen wurde. Letztendlich wurde kein Unterschied gefunden. Dies bestätigt die CPT-Symmetrie, wonach das Universum eine grundlegende Symmetrie zwischen Partikeln und Antiteilchen aufweist.
Jetzt müssen BASE-Wissenschaftler Methoden entwickeln und implementieren, um die Eigenschaften von Protonen und Antiprotonen noch genauer zu messen, um die Antwort auf die Frage zu finden, die für alle von Interesse ist.
