Het BASE experiment, gevestigd in de antimateriefabriek van CERN, heeft een apparaat ontwikkeld voor efficiëntere koeling van antiprotonen. Dit leidt tot aanzienlijk nauwkeurigere metingen van hun fundamentele eigenschappen.
Het nieuwe apparaat van BASE vermindert de tijd die nodig is om een antiproton af te koelen van 15 uur naar slechts 8 minuten. Deze drastische verkorting maakt het mogelijk om de eigenschappen van antiprotonen met ongeëvenaarde precisie te meten. Voorheen duurde het koelproces zo lang dat het nemen van de benodigde 1000 meetcycli meer dan drie jaar in beslag zou nemen. Met de nieuwe koelingstechnologie kan dit binnen een maand worden gerealiseerd. Deze technologische vooruitgang wordt beschreven in een recent artikel in Physical Review Letters.
Nauwkeurige metingen voor diepgaand begrip
BASE richt zich op het meten van de fundamentele eigenschappen van antiprotonen, zoals het intrinsieke magnetische moment en de lading-tot-massaverhouding. Door deze metingen te vergelijken met die van protonen, streeft de samenwerking ernaar ons begrip van antimaterie te verdiepen en bij te dragen aan het oplossen van de fundamentele vraag naar de asymmetrie tussen materie en antimaterie in het universum.
De sleutel tot deze doorbraak is de verbetering van de koelval. De diameter van de val is teruggebracht tot 3,8 mm, minder dan de helft van de vorige maat. Daarnaast is een innovatief segment-elektrodesysteem toegevoegd om de amplitude van een van de antiprotonoscillaties, de cyclotronmodus, effectiever te verminderen. Deze modus, die verband houdt met de beweging van het deeltje in een magnetisch veld, moet worden gereduceerd om de spin-toestand te kunnen meten.
Verbeterde precisie en lagere foutmarge
Dankzij deze innovaties heeft BASE zijn foutmarge bij het detecteren van spintransities van antiprotonen met drie ordes van grootte verlaagd. De tijd die een antiproton in de koelval doorbrengt is nu slechts 5 seconden per cyclus, in plaats van 10 minuten. Dit heeft de meettijd bovendien verviervoudigd verkort.
Met dit nieuwe apparaat streeft BASE ernaar zijn eigen precisie-records te verbeteren. Tot nu toe konden de magnetische momenten van antiprotonen en protonen met een precisie van één op een miljard worden vergeleken. Het nieuwe apparaat zal naar verwachting een precisie van een tiende of zelfs een honderdste van een miljard mogelijk maken. “De kleinste afwijking zou kunnen helpen het mysterie van de onevenwichtigheid tussen materie en antimaterie in het universum op te lossen,” aldus Stefan Ulmer, woordvoerder van BASE.
