Почему во вселенной вообще есть материя?

Ученые из Университета Сассекса измерили свойства нейтрона, фундаментальной частицы во вселенной, более точно, чем когда-либо прежде.

Их исследование является частью исследования того, почему во Вселенной осталась материя, то есть почему вся антиматерия, созданная в результате Большого взрыва, не уничтожила всю материю.

Исследования свойств нейтрона раскрывают секреты мироздания

Команда, в состав которой входила Лаборатория Резерфорда Эпплтона из Совета по научно-техническому оборудованию (STFC) из Великобритании, Институт Пола Шеррера (PSI) из Швейцарии и ряд других учреждений, изучала, действует ли нейтрон как «электрический компас». Считается, что нейтроны имеют слегка асимметричную форму, слегка положительные на одном конце и слегка отрицательные на другом - немного похоже на электрический эквивалент стержневого магнита. Это так называемый «электрический дипольный момент» (ЭДМ), и это то, что команда искала.

Подписывайтесь на наш youtube канал!

Это важная часть загадки в загадке - почему материя остается во Вселенной, потому что научные теории о том, почему осталась материя, также предсказывают, что нейтроны обладают свойством «электрического компаса» в большей или меньшей степени. Измерение этого свойства помогает ученым приблизиться к истине о том, почему материя существует.

Команда физиков обнаружила, что нейтрон имеет значительно меньшую ЭДМ, чем предсказывали различные теории о том, почему материя остается во Вселенной; это снижает вероятность того, что эти теории будут правильными, поэтому они должны быть изменены или найдены новые теории. Фактически в литературе говорится, что за эти годы измерения ЭДМ опровергли больше теорий, чем любой другой эксперимент в истории физики. Результаты сообщаются в журнале Physical Review Letters.

Профессор Филип Харрис, руководитель Школы математических и физических наук и руководитель группы ЭДМ в Университете Сассекса, сказал: «После более чем двух десятилетий работы исследователей в Университете Сассекса и в других местах был получен окончательный результат эксперимента, направленного на решение одной из наиболее глубоких проблем в космологии за последние пятьдесят лет, а именно: почему Вселенная содержит гораздо больше материи, чем антиматерии, и, действительно, почему теперь она вообще содержит какую-либо материю. Почему антиматерия не уничтожила всю материю? Почему осталась какая-то материя?»

«Ответ связан со структурной асимметрией, которая должна появляться в фундаментальных частицах, таких как нейтроны. Это то, что мы искали. Мы обнаружили, что «электрический дипольный момент» меньше, чем считалось ранее. Это помогает нам исключить теории о том, почему осталась материя, потому что теории, управляющие двумя вещами, взаимосвязаны».

«Мы установили новый международный стандарт для чувствительности этого эксперимента. То, что мы ищем в нейтроне - асимметрия, которая показывает, что он положителен на одном конце и отрицателен на другом, является невероятно крошечной. Наш эксперимент смог измерить это настолько подробно, что если асимметрия может быть увеличена до размеров футбольного мяча, то футбольный мяч, увеличенный на ту же величину, заполнит видимую Вселенную».

Эксперимент представляет собой модернизированную версию аппарата, первоначально разработанного исследователями из Университета Сассекса и Лаборатории Резерфорда Эпплтона (RAL), и который с 1999 года по настоящее время непрерывно удерживал мировой рекорд по чувствительности.

Доктор Мауриц ван дер Гринтен из группы нейтронных ЭДМ в лаборатории Резерфорда Эпплтона (RAL) сказал: «Эксперимент объединяет различные современные технологии, которые все должны работать совместно. Мы рады, что оборудование, технологии и опыт, накопленный учеными из RAL, внес вклад в работу по расширению этого важного параметра».

Доктор Кларк Гриффит, преподаватель физики из Школы математических и физических наук в Университете Сассекса, сказал: «Этот эксперимент объединяет методы атомной и ядерной физики низких энергий, в том числе лазерную оптическую магнитометрию и квантово-спиновые манипуляции. Используя эти междисциплинарные инструменты для чрезвычайно точного измерения свойств нейтрона, мы можем исследовать важные вопросы физики частиц высоких энергий и фундаментальной природной симметрии, лежащей в основе Вселенной».

Любой электрический дипольный момент, который может иметь нейтрон, является крошечным, и поэтому его чрезвычайно трудно измерить. Предыдущие измерения других исследователей подтвердили это. В частности, команда должна была сделать все возможное, чтобы локальное магнитное поле оставалось постоянным во время последних измерений. Например, каждый грузовик, проезжавший по дороге рядом с институтом, нарушал магнитное поле в масштабе, который был бы значительным для результатов эксперимента, поэтому этот эффект необходимо было компенсировать во время измерения.

Кроме того, число наблюдаемых нейтронов должно быть достаточно большим, чтобы обеспечить возможность измерения электрического дипольного момента. Измерения проводились в течение двух лет. Были измерены так называемые ультрахолодные нейтроны, то есть нейтроны с относительно низкой скоростью. Каждые 300 секунд пучок из более чем 10000 нейтронов направлялся на детальное исследование. Исследователи измерили в общей сложности 50 000 таких групп.

Последние результаты исследователей поддержали и улучшили результаты их предшественников - был установлен новый международный стандарт. Размер ЭДМ все еще слишком мал, чтобы измерить его с помощью инструментов, которые использовались до сих пор, поэтому некоторые теории, которые пытались объяснить избыток вещества, стали менее вероятными. Поэтому загадка остается на время.

Следующее, более точное измерение уже разрабатывается в PSI. Коллегия PSI планирует начать следующую серию измерений к 2021 году.

Новый результат был получен группой исследователей в 18 институтов и ​​университетов Европы и США на основе данных, собранных на ультрахолодном источнике нейтронов PSI. Исследователи собирали там данные измерений в течение двух лет, очень тщательно оценивали их в двух отдельных группах, а затем смогли получить более точный результат, чем когда-либо прежде.

Исследовательский проект является частью поиска «новой физики», которая выходит за рамки так называемой Стандартной модели физики, которая устанавливает свойства всех известных частиц. Это также является основной целью экспериментов на более крупных объектах, таких как Большой адронный коллайдер (БАК) в ЦЕРН.

Методы, первоначально разработанные для первого измерения ЭДМ в 1950-х годах, привели к изменениям в мире, таким как атомные часы и МРТ-томографы, и по сей день они сохраняют свое огромное и постоянное влияние в области физики элементарных частиц. опубликовано econet.ru по материалам phys.org

Подписывайтесь на наш канал Яндекс Дзен!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet