I ricercatori del progetto internazionale Base sono riusciti, grazie a un innovativo metodo di misurazione, a scoprire il valore del momento magnetico di un antiprotone. Questo risulta estremamente vicino a quello del protone

Fisica, novità dal mondo delle particelle subatomiche: accurate misurazioni del momento magnetico (una particolare proprietà quantistica) di protoni e antiprotoni hanno svelato che le due particelle sono molto più simili di quello che si potesse pensare. A condurre le misurazioni è stata un’équipe di ricercatori del progetto internazionale Base, che coinvolge l’Università di Tokyo, il Riken, l’Istituto Max Planck, l’Università di Mainz, l’Università di Hannover, il Gsi di Darmstadt e il German National Metrology Institute, che ha lo scopo appunto di scoprire perché il nostro Universo è quasi esclusivamente composto da materia e (sembra) non da antimateria. Utilizzando un nuovo e innovativo metodo di misurazione, il team di ricercatori ha saputo misurare il momento magnetico dell’antiprotone con una precisione di ben 350 volte superiore rispetto a qualsiasi altra misura fatta in precedenza. I risultati dello studio, apparso su Nature, mostrano che i momenti magnetici del protone e dell’antiprotone sono molto vicini: questa misurazione sembra essere una conferma indiretta della cosiddetta simmetria Cpt, una teoria che descrive simmetrie nelle leggi fisiche che regolano materia e antimateria.

Per eseguire la misurazione e confrontare le proprietà magnetiche dei protoni e antiprotoni, il team di ricercatori ha utilizzato un nuovo metodo di misurazione sviluppato nel laboratorio Riken da Stefan Ulmer. “In sintesi, la questione è se l’antiprotone ha lo stesso magnetismo di un protone”, ha spiegato Ulmer. “Questo è l’enigma che dobbiamo risolvere”. Il nuovo sistema si basa su due trappole di Penning (che usano campi elettrici e magnetici per catturare gli antiprotoni) e la misurazione simultanea all’interno di un campo magnetico uniforme di due antiprotoni separati: uno misurato a una temperatura relativamente alta di circa 80 gradi (una temperatura equivalente all’acqua calda) e l’altro a -273 gradi, estremamente vicino allo zero assoluto. In termini tecnici, il primo antiprotone viene utilizzato per calibrare il campo magnetico misurando una proprietà denominata “frequenza ciclotronica”, mentre l’altro viene utilizzato per misurare una qualità nota come la frequenza Larmor o della precessione, permettendo misure precise del momento magnetico.

Usando questo nuovo metodo, il team di fisici ha scoperto che il momento magnetico dell’antiprotone ha un valore estremamente vicino a quello del protone misurato nel 2014 dagli stessi ricercatori. “La misura degli antiprotoni è stata estremamente difficile e ci abbiamo lavorato per ben dieci anni”, spiegano i ricercatori.

Come si legge nello studio, questa estrema vicinanza tra i due valori è una conferma della simmetria Cpt che afferma che l’universo è composto da una simmetria fondamentale tra particelle e antiparticelle. In altre parole, la simmetria Cpt si riferisce all’idea che se le particelle cambiano in due di tre proprietà (la carica, la parità e il tempo) devono cambiare anche nella terza ed è fondamentale per comprendere lo squilibrio tra materia e antimateria. “Tutte le nostre osservazioni trovano una completa simmetria tra materia e antimateria, e per questo l’universo non dovrebbe esistere”, spiega Christian Smorra, primo autore dello studio. “Tuttavia, una differenza deve esserci da qualche parte, ma ora semplicemente non capiamo dove sia. Riproveremo l’esperimento con diverse nuove tecniche e riteniamo che entro il 2021 saremo in grado di raggiungere un miglioramento di almeno dieci volte”.