Соотношение массы и заряда и прочие физические свойства протона и антипротона могут полностью совпадать, что заново ставит вопрос о том, почему Вселенная заполнена материей и практически лишена антиматерии, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature.
"Мы обнаружили, что соотношения массы и заряда для протона и антипротона равны друг другу с погрешностью, равной 69 частям на триллион. Подобная точность измерений в четыре раза выше, чем при предыдущих замерах свойств пары протон-антипротон, и она еще больше ограничивает вероятность того, что симметричность законов физики где-то нарушается",
— заявил Штефан Ульмер (Stefan Ulmer) из института RIKEN в Сайтаме (Япония).
Как сегодня считают ученые, в первые мгновения после Большого взрыва возникло равное количество материи и антиматерии. При этом Стандартная модель физики говорит о том, что свойства частиц антиматерии зеркально повторяют характеристики своих близнецов, за исключением заряда. Иначе говоря, химические и физические свойства атомов антиматерии и материи должны быть идентичными.
Так как материя и антиматерия аннигилируют при столкновении, во время рождения Вселенной их частицы должны были уничтожить друг друга. Поэтому возникает вопрос — куда "пропала" антиматерия и почему существует Вселенная.
Считается, что одна из причин "асимметрии материи" может заключаться в существовании небольших, но достаточно существенных различий в устройстве и свойствах частиц антиматерии. За последние годы физики нашли несколько намеков на то, что такие различия, например в массе протонов и антипротонов, все же существуют, однако их точное изменение затрудняется низкой точностью приборов и микроскопическими масштабами этой асимметрии.
Ульмер и его коллеги усомнились, что подобные различия на самом деле существуют, разработав новую методику измерения соотношения массы и заряда элементарных частиц и их "злых близнецов" в лице античастиц и использовав ее для уточнения этой пропорции для протона и антипротона.
Ее основой является особая ловушка из нескольких небольших электродов, захватывающая индивидуальные частицы материи и антиматерии и заставляющая их вращаться по кругу внутри особых электрических и магнитных полей. Скорость этого "бега по кругу" зависит от того, каким зарядом обладает изучаемая частица и от ее массы, что позволяет крайне точно измерить один из этих параметров, зная значение второго и частоту вращения.
Наблюдая за подобным движением свыше 6 тысяч протонов и антипротонов на протяжении более чем месяца, физики так и не смогли обнаружить различий в их соотношениях массы и заряда, что намекает на то, что нарушения в симметрии свойств этих частиц не существует.
В ближайшее время группа Ульмера планирует провести новую серию экспериментов, точность которых будет повышена сначала в 10, а потом и в 100 раз. Данные опыты, как надеются ученые, или подтвердят полученный результат и укажут на то направление, где нам следует искать новую физику за пределами Стандартной модели, или же позволят найти различия в свойствах частиц и античастиц.