正確な測定は、プロトンの物理学に関する新しい洞察を提供します
CERNのアルファコラボレーション研究者は、プロトンの電気的および磁気構造を測定します。
物質の基本的なビルディングブロックの1つであるプロトンは、クォークとグルオンと呼ばれるさらに基本的な粒子で構成されています。陽子の構造とダイナミクスは複雑であり、まだ完全には理解されていません。ただし、これらの特性に関する正確な知識は、核融合など、核融合などのさまざまなプロセスを理解するために不可欠です。
プロトンの電気的および磁気特性は、その最も基本的な特性の1つです。電荷と磁気モーメントは、磁石としての陽子の強度を記述し、専用の実験で正確に測定できます。粒子物理学の基本標準モデルによって与えられるプロトンのサイズと磁気強度の正確に予測された値からの逸脱は、標準モデルを超えた新しい物理学の兆候です。これらは、これまでに発見されていない現象は、ビッグバンの後のマイクロ秒の初期宇宙を特徴付ける非常に高いエネルギーと長さのスケールで発生すると予想されます。それらは、デシーの高エネルギー物理学部の研究プログラムの重要なターゲット量を構成しています。
マックスプランク核物理学研究所（MPIK）とマインツ大学のメンバーが率いる研究者チームは、どちらも他の研究所の同僚と協力して、抗水素原子のユニークな特性を利用して、プロポンンの磁気モーメントを測定した精度で測定しました。抗水素は、抗脂質とアンティレクトロン（ポジトロンと呼ばれる）で構成されています。両方のカウンターパートは、通常のカウンターパートと同等の質量ですが、反対の電荷を持っています。結果として、抗水素を使用して実行された測定により、水素で直接測定するのが難しいか不可能なプロトン特性を分離し、正確に決定できます。
研究者は、CERNのアンチプロトン減衰器のアルファ-2装置に抗水素を作成しました。プロトンの磁気モーメントは、磁場を介してアンチプロトンをガイドし、磁場が逆になったときにスピンがどのように反転するかを観察することにより測定されました。 1回の測定には1,000万個を超えるアンチプロトンが必要であるため、この実験は困難でした。これは、単一のアンチプロトンの生産には通常、数日間続く洗練されたマルチステッププロセスが含まれることを考慮して、途方もない数です。このハードルを克服するために、研究者は独創的な「抗水素ボトリング」技術を採用しました。彼らは、数週間、アンチプロトンを超高吸血性環境に保存し、生産率が非常に低いにもかかわらず、蓄積したアンチプロトンを複数の測定に使用することができました。
Paul Scherrer Institute（Villigen、Switzerland）で実行された新しいAlpha-2結果と以前の測定の組み合わせは、これまでのプロトンの磁気瞬間に最も正確な価値をもたらし、量子電気力学の厳しいテストを提供します。結果は、アルファコラボレーションの究極の目標への道の実質的な進歩を表しています。これは、水素と抗水素の特性の精度の比較であり、新しい基本的な相互作用と対称性のヒントを検索します。
