Egy magyarokat is magában foglaló kutatócsoportnak új hűtési technikával sikerült növelni az antiproton tömegének mérési pontosságát a CERN-ben, és ezzel az elektronéhoz képest meghatározni az antiproton tömegét – írja az MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont közleményében Horváth Dezső, a kutatás egyik résztvevője.
A modern fizika egyik legnagyobb rejtélye az antianyag hiánya a világegyetemben, hiszen az ősrobbanás után azonos mennyiségben kellett volna keletkeznie anyagnak és antianyagnak. A CERN antianyaggyárat épített a kérdés tisztázására, hogy kiderüljön, van-e olyan különbség a részecskék és antirészecskék között, amely megmagyarázhatja ezt a furcsa aszimmetriát.
Az antianyaggyárban működő sok kísérlet egyike az ASACUSA együttműködés, főként japán, magyar, osztrák és olasz résztvevőkkel. Ők értek most el valóságos áttörést az antiproton tömegének meghatározásában az elektronéhoz képest egy új hűtési technika alkalmazásával, amely rendkívül nagy pontosságú mérést tett lehetővé. A kutatás eredményeit a rangos Science szaklap közölte, a cikk 12 szerzője közül hat japán, három magyar (Sótér Anna, Barna Dániel és Horváth Dezső), illetve egy-egy olasz, német és iráni.
A kísérletben antiprotonokat fogattak be héliumatomokban, helyettesítve velük az egyik elektront. Kétmilliárd, hosszú élettartamú antiprotonos héliumatomot sikerült lehűteni 1,5–1,7 kelvin abszolút hőmérsékletre, és így a termikus mozgás nagymértékű kiküszöbölésével sikerült jelentősen növelni a lézerspektroszkópiai mérések pontosságát.
Az antiprotonos héliumatom rendkívül sajátos: a héliumatommag egy elektront és egy antiprotont köt benne, tehát egyszerre tartalmaz részecskét és antirészecskét olyan fizikai állapotban, amely viszonylag hosszú élettartama miatt lehetővé teszi az atomi átmeneteinek spektroszkópiai vizsgálatát.
Az együttműködés új eredménye az, hogy a vizsgált antiprotonos atomokat rendkívül hideg héliumgázzal vette körül. Az antiprotonos héliumatom elektronja sokkal nagyobb sugarú pályán található, mint az antiproton, és ez lehetővé teszi azt, hogy a hideg gáz atomjaival ütközve lehűljön anélkül, hogy közben az antiproton befogódjék az atommagba, és szétsugározzon. Ez csak akkor következik be, amikor egy megfelelően hangolt lézerrel legerjesztik az antiprotont. Így mérik az átmeneti energiát, amelyből a tömeg rendkívüli pontossággal meghatározható.
A kísérlet adatgyűjtése 2010-től 2014-ig tartott, és
mivel az antiproton tömege 10 jegy pontossággal azonosnak bizonyult a protonéval. A következő lépés a mozgási bizonytalanság további csökkentése lesz. Ebben komoly szerepe lesz az antianyaggyárban most épülő ELENA antiproton-tárológyűrűnek is.