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Borchert等人的報告比較了反質子與質子的荷質比，其精度為16萬億分之一
粒子物理學的標準模型雖然取得了令人難以置信的成功，但是又明顯不完善。其中一個懸而未決的問題，就是宇宙中物質和反物質驚人的不平衡，這需要進一步去做高精度的比較物質/反物質共軛的基本特性的實驗。歐洲核子研究中心（CERN）重子反重子對稱實驗（BASE）的新實驗，直接研究質子和反質子的基本性質。
根據標準模型，物質和反物質粒子可以有所不同，例如它們轉化為其他粒子的方式不同，但它們的大部分屬性，包括它們的質量，應該是相同的。
發現質子和反質子的質量之間，或者它們的電荷和質量之間的任何微小差別，都會打破標準模型的基本對稱性，即CPT對稱性，並指向該模型之外的新物理現象。
這種差異也可以解釋為什麼宇宙幾乎完全由普通物質組成，儘管在大爆炸中應該產生了等量的反物質。
與標準模型一致的普通物質和反物質粒子之間的差異在數量級上更小，從而能夠解釋觀測到的宇宙不平衡。
為了測量質子和反質子，BASE合作組織的物理學家將反質子和帶負電荷的氫離子（帶負電荷的質子的代表）限制在一種稱為Penning的最先進的粒子阱中。（譯者注：普通的氫離子由於失去了核外電子，所以只剩下帶正電的質子）
在這個裝置中，粒子以接近迴旋頻率的週期軌跡運動，該頻率與陷阱的磁場強度和粒子的荷質比成正比。
交替地將反質子和帶負電荷的氫離子分別注入阱中，在相同的條件下，研究人員測量了這兩種粒子的迴旋頻率，並比較了它們的荷質比。在2017年12月至2019年5月期間進行了四次測量，這些測量結果產生了超過2.4萬次迴旋頻率比較，每次持續260秒。
透過這些比較，加上質子和帶負電荷的氫離子之間的差異，BASE團隊發現質子和反質子的荷質比在萬億分之16以內。
BASE合作組織的發言人Stefan Ulmer博士說:“這個結果比之前最好的結果精確了四倍，用的是現在最精確測量反質子性質的方法。”
“為了達到這一精度，我們對實驗進行了相當大的升級，並在反物質工廠關閉時進行了測量，使用的是我們的反質子庫，它可以儲存反質子數年。”
除了以前所未有的精度對質子和反質子進行比較外，科學家們還利用他們的測量對違反CPT對稱性的標準模型之外的模型進行了嚴格的限制，並測試了一個被稱為弱等價原理的基本物理定律。
根據這一原理，在同一引力場中，不同的物體在沒有摩擦力的情況下，其加速度是相同的。
由於BASE實驗放置在地球表面，其質子和反質子迴旋頻率測量是在地球表面引力場中進行的。
質子和反質子的引力作用之間的任何差異都會導致質子和反質子迴旋頻率之間的差異。
在對地球繞太陽公轉時變化的重力場進行取樣時，BASE研究小組沒有發現這種差異，並將這一差異測量的最大值設為三分之一。
“這個極限與那些旨在將反氫置於地球引力場的實驗的最初精確目標相當，”烏爾默博士說。
“BASE沒有直接將反物質置於地球的引力場中，但我們對引力對重子反物質粒子影響的測量在概念上非常相似，這表明在達到的不確定性水平上，反物質和引力之間沒有異常相互作用。”
該團隊的研究結果發表在《自然》雜誌上。
原文：http://www.sci-news.com/physics/antiproton-proton-charge-mass-ratio-10437.html
