迄今最精确 质子磁矩数据精确度达10亿分之三

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查看199 | 回复0 | 2019-12-29 23:02 | 显示全部楼层 |阅读模式


物理学家们在试图揭开宇宙反物质失踪之谜的实验中,以前所未有的精确度测量出了质子内在固有的磁力。据《自然》杂志5月30日(北京时间)报道,他们所掌握的这项测量质子磁矩(描述微观粒子磁性的物理量)的技术,精确度可达到10亿分之3。这项研究对于验证物质反物质对称性来说是一个重要成果。



  反物质是物质的镜像,二者的一些关键属性完全相反,它们在相遇的一瞬间会湮灭并释放出高能光子。物理学家认为,宇宙大爆炸时产生了等量的反物质和物质,然而,现在的宇宙中只剩下物质,反物质不知所踪,这便成为了一个未解难题。



  研究报告的合著者、德国美因茨约翰尼斯古腾堡大学物理学家安德里亚斯莫塞尔说,质子和反质子磁矩之间的任何差异,都可揭示早期宇宙的不对称性,从而解释为何物质占了上风。他表示:按照物理学目前的理解,这两个值应该是相等的。



  质子的磁矩来自其基本的量子属性自旋,它会使质子表现得像一个具有北极和南极的磁棒。当置身于外部磁场中时,质子的自旋既能与磁场一致,也能翻转与磁场相对。通过观察单个质子在这两种状态之间的翻转,研究人员能够计算出质子的磁矩。



  他们让一个质子悬浮在一个陷阱中,并施加磁场使其翻转;接着再将质子推入具有磁场梯度的第二个阱中,然后测量它的微小振动,以确定其自旋的取向。通过在两个阱中来回发送质子,研究团队能够非常精确地测出磁场诱导质子翻转的频率,从而计算出质子的磁矩。这一结果比哈佛大学物理学家杰拉尔德加布里埃尔斯在2012年所作出的最好直接测量要精确760倍;比42年前利用间接手段获得的最接近数据精确3倍。#p#分页标题#e#



  日本东京大学物理学家、欧洲核子研究中心低速反质子原子光谱和碰撞(ASACUSA)实验发言人早野隆吾(音译)称,这项研究显然是一个突破。但他同时表示,这仅仅是个开始,他们会希望能用同样的方法、以类似的精度水平来测量反质子。



  作为欧核中心反氢陷阱(ATRAP)实验的一部分,加布里埃尔斯的团队已经测量出了反质子的磁矩,但并未发现质子与反质子的差异。莫塞尔的团队有望提高测量精度,他们计划加入欧核中心的重子反重对称性实验(BASE),利用其反物质制造设备开展研究。待欧核中心的反质子减速器于今年夏天重新启动,ATRAP、BASE和其他三个研究小组将使用它,展开一场寻找物质和反物质之间微小差异的竞赛。



  这些实验也将探索物质和反物质之间其他基本属性的差异,包括反氢原子和氢原子的电磁辐射光谱及质量的差异。早野说,即使是最细微的不同,都将对物理学基本的CPT(电荷宇称时间反演)对称性理论产生釜底抽薪的影响。



   从某种意义上说,相对是存在的前提。一种事物之所以成为自己,就在于另一种能够反衬前者独特属性的事物存在。因而可以说,人类寻找反物质的意义,不仅仅只囿于物理学的一项课题,更是在找寻自身乃至整个物质世界存在的依据。如今质子磁矩等领域的进展,正推动科学家不断跳出CPT对称性之类物质世界规则的束缚,用正面的方法,一点点拼凑出反物质这个触不到的反面。从1到760倍,从质子到原子,这种积极的速率一旦得以延续,那么人类最终勾勒出反物质清晰面目的日子,必将不会遥远。#p#分页标题#e#





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