超低温反陽子で物質・反物質の謎を解明する最新の科学研究

Tokyo物理学者たちは、なぜ宇宙に物質が反物質よりも多く存在するのかという疑問を長らく抱いてきました。最近、CERNのBASE研究チームが、ハインリッヒ・ハイネ大学デュッセルドルフのステファン・ウルマー博士の指導のもと、新たに画期的な進展を遂げました。研究者たちは、反陽子を高速で冷却する方法を発見し、その質量と磁気特性を非常に高精度で測定できる可能性を拓きました。

これが意味するところを整理すると、次のようになります。

• 新しい方法では、反陽子をわずか8分で200mKまで冷却し、従来の15時間から大幅に短縮しました。
• この迅速な冷却は、二重ペニングトラップの設置によって実現されています。
• この技術により、チームは約1か月で1,000回の測定サイクルを完了できるようになりました。
• 以前の方法では、同じ数のサイクルにほぼ10年かかっていました。

ビッグバンの後、宇宙は物質と反物質が同じ量存在していたはずです。これらが出会うと、お互いを消滅させてエネルギーに変わります。しかし、現在の宇宙では主に物質が見られ、このことは素粒子物理学における重要な謎となっています。この問題は、標準模型では説明できない小さな違いや新しい物理によって説明される可能性があります。

ウルマー博士のチームは、非常に低温状態の反陽子でスピン反転遷移を測定しています。この測定は反陽子の磁気モーメントを決定するのに役立ちます。研究者たちは、これらの測定値を陽子のものと比較することで、わずかな違いを見つけたいと考えています。これらの違いは、宇宙に物質が存在する理由の解明に役立つかもしれません。

BASEの新しいトラップ装置は冷却時間を大幅に短縮し、磁気モーメント測定の精度を向上させます。このトラップ装置では、暖かい粒子を除去して最も冷たい粒子だけを残すことができます。この高速冷却プロセスにより、測定の精度が向上すると、バルバラ・マリア・ラタツ博士は説明しています。

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CERNのBASEチームは、新しい手法を開発し、これまでよりも速く反陽子を冷却することに成功しました。この技術はまた、粒子スピンの特定精度を1,000倍以上向上させます。次の目標として、精度をさらに向上させ、100億分の1の単位まで高めることを計画しています。

チームは将来に向けて素晴らしい計画を持っています。彼らは、反陽子を捕捉するためのモバイルデバイスを開発したいと考えています。このデバイスにより、反陽子をCERNから新しいHHUの研究所へ移送することが可能になります。これにより、測定の精度が10倍向上する可能性があります。

この研究はトラップ技術に焦点を当てています。ペニングトラップは、一定の磁場と静電場を利用して荷電粒子を保持します。一方、ポールトラップは変化する電場を使用します。どちらのタイプもノーベル賞を受賞しています。

BASEコラボレーションは、基本的な粒子の測定精度を向上させるための研究を行っています。この努力は、なぜ宇宙には反物質よりも物質が多いのかという謎を解明する助けとなるかもしれません。彼らの研究成果は、Physical Review Lettersに発表されており、素粒子物理学の研究において重要な進展を示しています。