Los investigadores del Instituto Paul Scherrer PSI han medido una propiedad del neutrón con más precisión que nunca. En el proceso descubrieron que la partícula elemental tiene un momento dipolar eléctrico significativamente más pequeño de lo que se suponía anteriormente. Con eso, tambiénes menos probable que este momento dipolar pueda ayudar a explicar el origen de toda la materia en el universo. Los investigadores lograron este resultado utilizando la fuente de neutrones ultrafríos en PSI. Hoy informan sus resultados en la revista Cartas de revisión física .
El Big Bang creó tanto la materia en el universo como la antimateria, al menos de acuerdo con la teoría establecida. Sin embargo, dado que los dos se aniquilan mutuamente, debe haber habido un exceso de materia, que se ha mantenido hasta nuestros días.La causa de este exceso de materia es uno de los grandes misterios de la física y la astronomía. Los investigadores esperan encontrar una pista sobre el fenómeno subyacente con la ayuda de neutrones, los bloques de construcción elementales de átomos sin carga eléctrica. La suposición: si el neutróntuvo un llamado momento dipolar eléctrico abreviado nEDM con un valor distinto de cero medible, esto podría deberse al mismo principio físico que también explicaría el exceso de materia después del Big Bang.
50,000 mediciones
La búsqueda del nEDM puede expresarse en el lenguaje cotidiano como la cuestión de si el neutrón es o no una brújula eléctrica. Durante mucho tiempo ha estado claro que el neutrón es una brújula magnética y reacciona a un campo magnético, o, en términos técnicosjerga: tiene un momento dipolar magnético. Si además el neutrón también tuviera un momento dipolar eléctrico, su valor sería mucho menor y, por lo tanto, mucho más difícil de medir. Las mediciones anteriores de otros investigadores lo han confirmado.Los investigadores de PSI tuvieron que hacer grandes esfuerzos para mantener el campo magnético local muy constante durante su última medición. Cada camión que pasaba por la carretera junto a PSI perturbaba el campo magnético en una escala relevante para el experimento, por lo que este efectotuvo que ser calculado y eliminado de los datos experimentales.
Además, el número de neutrones observados tenía que ser lo suficientemente grande como para brindar la posibilidad de medir el nEDM. Por lo tanto, las mediciones en PSI se extendieron durante un período de dos años. Los llamados neutrones ultrafríos, es decir, neutrones con un ritmo relativamente lentose midió la velocidad. Cada 300 segundos, un paquete de 8 segundos de largo con más de 10,000 neutrones fue dirigido al experimento y examinado. Los investigadores midieron un total de 50,000 de estos paquetes.
"Incluso para PSI con sus grandes instalaciones de investigación, este fue un estudio bastante extenso", dice Philipp Schmidt-Wellenburg, investigador del proyecto nEDM por parte de PSI. "Pero eso es exactamente lo que se necesita en estos días sibusca física más allá del modelo estándar "
Buscar "nueva física"
El nuevo resultado fue determinado por un grupo de investigadores de 18 institutos y universidades de Europa y Estados Unidos, entre ellos el ETH Zurich, la Universidad de Berna y la Universidad de Friburgo. Los datos se habían reunido en la fuente de neutrones ultrafríos de PSI.Los investigadores habían recopilado datos de medición allí durante dos años, los evaluaron con mucho cuidado en dos equipos, y a través de eso obtuvieron un resultado más preciso que nunca.
El proyecto de investigación nEDM es parte de la búsqueda de "nueva física" que iría más allá del llamado Modelo Estándar. Esto también se está buscando en instalaciones aún más grandes como el Gran Colisionador de Hadrones LHC en el CERN ". La investigación enEl CERN es amplio y generalmente busca nuevas partículas y sus propiedades ", explica Schmidt-Wellenburg." Por otro lado, estamos profundizando, porque solo estamos mirando las propiedades de una partícula, el neutrón. Sin embargo, a cambio, nosotroslograr una precisión en este detalle que el LHC solo podría alcanzar en 100 años "
"En última instancia", dice Georg Bison, quien al igual que Schmidt-Wellenburg es investigador en el Laboratorio de Física de Partículas en PSI, "varias mediciones en la escala cosmológica muestran desviaciones del Modelo Estándar. En contraste, nadie ha sido capaz todavíareproducir estos resultados en el laboratorio. Esta es una de las preguntas más importantes en la física moderna, y eso es lo que hace que nuestro trabajo sea tan emocionante ".
Incluso se planean mediciones más precisas
Con su último experimento, los investigadores han confirmado resultados de laboratorio anteriores. "Nuestro resultado actual también arrojó un valor para nEDM que es demasiado pequeño para medir con los instrumentos que se han utilizado hasta ahora; el valor es demasiado cercano a cero", dice Schmidt-Wellenburg." Por lo tanto, es menos probable que el neutrón ayude a explicar el exceso de materia. Pero aún no se puede descartar por completo. Y, en cualquier caso, la ciencia está interesada en el valor exacto delnEDM para saber si se puede usar para descubrir nueva física "
Por lo tanto, la próxima medición más precisa ya está siendo planificada ". Cuando comenzamos la fuente actual de neutrones ultrafríos aquí en PSI en 2010, ya sabíamos que el resto del experimento no le haría justicia.actualmente estamos construyendo un experimento apropiadamente más grande ", explica Bison. Los investigadores de PSI esperan comenzar la próxima serie de mediciones del nEDM para 2021 y, a su vez, superar la actual en términos de precisión.
"Hemos adquirido una gran experiencia en los últimos diez años y hemos podido usarlo para optimizar continuamente nuestro experimento, tanto con respecto a nuestra fuente de neutrones como en general para la mejor evaluación posible de datos tan complejos enfísica de partículas ", dice Schmidt-Wellenburg." La publicación actual ha establecido un nuevo estándar internacional ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Paul Scherrer . Original escrito por Laura Hennemann. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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