los antiprotones reflejan simetría magnética.

Muchas leyes físicas son indiferentes a distinciones, como la izquierda o derecha y hacia adelante o hacia atrás. En raras ocasiones, sin embargo, una discrepancia aparece, y decimos que una simetría se rompe. Una simetría que ha evitado hasta ahora ningún signo de ruptura es la llamada simetría C P T , la cual iguala a la materia y la antimateria en un nivel fundamental. Una nueva prueba de la simetria C P T involucrando antiprotones realizada por Jack DiSciacca de la Universidad de Harvard y sus colegas (de la colaboración ATRAP) presentan la medición más precisa hasta la fecha del momento magnético del antiprotón [ ver aquí ]. Como se informó en la revista Physical Review Letters, los resultados coinciden con los datos sobre el protón, extendiendo así el estado de irrompible de la simetría CPT por el momento. Mire en un espejo e imagine el mundo en el otro lado no es solo un reflejo, sino un mundo físico real. Debería la naturaleza comportarse de manera diferente en este mundo espejo? Durante décadas, la mayoría de los físicos creían que la respuesta era “no”, asumieron que la naturaleza era la misma en un sistema de coordenadas y su imagen especular y dieron a esta suposición un nombre la “simetria reversión paridad” o simetría P. Sin embargo, en 1957, el mundo de la física nuclear se vio sacudido cuando dos artículos publicados en Physical Review revelaron que la simetría era violada por la naturaleza ver [aquí y aquí ]. Este descubrimiento revolucionó la comprensión de la interacción débil. Los exámenes posteriores revelaron que esta asimetría no actuaba sola. Los físicos descubrieron que cada una de estas violaciones de la simetria P era acompañada por una violación igual de una correspondiente simetría, conocida como la simetría de conjugación de carga o simetría C la cual invierte los signos de los números cuánticos aditivos de una partícula (por ejemplo, su carga,su número bariónico, etc). Asi, puesto que el espejo no sólo invertía las coordenadas espaciales, sino también volteaba los números cuánticos aditivos de la partícula, la física era la misma en el mundo reflejado .La combinada simetría CP parecía ser una verdadera simetría de la naturaleza, pero esta visión no duró mucho, ya que fué violada en experimentos en el plazo de una década ver [ aquí y aquí ]. En retrospectiva, los físicos no deberían haberse sorprendido. Ningún principio de la física prohíbe a la naturaleza violar a las simetrías C, P o incluso a la CP. Y en palabras del autor Inglés TH White, "Todo lo que no está prohibido es posible". La introducción de una tercera discreta simetría, una transformación de inversión temporal llamada simetría T , cambia el panorama por completo. Ahora imagine un espejo que no sólo invierte el espacio y los números cuánticos de las partículas, sino también invierte la flecha del tiempo  [véase la fig. 1(a)].

  
la simetría CPT puede ser comparada en un espejo que refleja las coordenadas espaciales,invierte la carga y otros números cuánticos aditivos además de revertir el tiempo.Para buscar diferencias en este espejo CPT los científicos prueban si el momento magnético del protón a la izquierda en la fig. 1(a) tiene la misma magnitud que el antiprotón del lado derecho de la imágen(técnicamente los momentos tienen signos opuesto debido a la forma en que el momento magnético es definido en relación con el spin. En la fig.1(b) tenemos que para medir el momento magnético del antiprotón la colaboración ATRAP mide las frecuencias de ciclotrón y spin f_c y f_s respectivamente la relación de estas frecuencias da el momento magnético del antiprotón en términos del magnetón nuclear μ_N.Crédito.APS/Alan Stonebraker.


A diferencia de sus partes individuales, la triple acción C , P y T se espera que se conserve, ya que la mayoría de las teorías cuánticas de campos incorporan la invariancia Lorentz (es decir,la no depencia del marco de referencia) y la localidad (es decir, ninguna acción a distancia)y deben respetar absolutamente la combinada simetría C P T . La invariancia Lorentz es una piedra angular de la teoría de la relatividad, por lo tanto si la violación C P T se observa podría proporcionar un conocimiento profundo de la unificación de la gravedad y la mecánica cuántica. Además, algunas teorías especulan que la violación C P T podría explicar por qué la materia domina la antimateria en nuestro universo. Por lo tanto, cualquier experimentalmente observada violación CPT sería un descubrimiento científico de primer orden. Y dado que la simetría CPT predice que las partículas y sus antipartículas deberían tener propiedades idénticas una de las formas más limpias para poner a prueba la simetría CPT es mediante la comparación de la materia con la antimateria. Por lo tanto, los físicos han buscado por pequeñas diferencias en la masa de los protones y antiprotones ver [ aquí y aquí ]. También han estudiado las diferencias en el tiempo de vida de protones y antiprotones en los aceleradores y en datos astrofísicos [ ver aquí ]. Sin embargo, en todos los casos, la simetría CPT ha superado estas pruebas de alta precisión. La Colaboración ATRAP entra en la refriega con su propia prueba para la violación CPT[ ver aquí ]. Buscan una diferencia en los momentos magnéticos de los protones y antiprotones. Para habilitar esta prueba, ellos midieron con precisión el momento magnético de un solo, antiprotón atrapado, alcanzando la medición más sensible hasta la fecha de esta cantidad. luego compararon sus resultados con el valor conocido del momento magnético del protón y encuentran que las magnitudes son iguales dentro de la incertidumbre experimental, según lo predicho por el Teorema CPT. Aunque ha habido otras pruebas de la C P T con una mejor precisión, en general el trabajo informado por ATRAP mejora los límites de la violación C P T en la diferencia de los momentos magnéticos de protones y antiprotones por casi tres órdenes de magnitud [ ver aquí ]. Para hacer esta medición, la colaboración ATRAP empacó un aparato experimental construido originalmente para medir el momento magnético del protón y lo envió al CERN, donde se disponía de antiprotones. Conceptualmente, el protocolo de medición que utilizaron es bastante simple. Un solo antiprotón es capturado desde el haz de antiprotones del CERN y atrapado en una trampa Penning. ( Clásicamente, la trayectoria del antiprotón en la trampa Penning es principalmente una órbita sencilla, circular alrededor del eje del campo magnético (B ≈ 5 tesla) Cuánticamente hablando el estado del antiprotón se describe como | n,m_s⟩ , En donde n es el número cuántico principal describiendo la órbita del antiprotón y m_s= ± 1 / 2 es la proyección del spin del antiprotón sobre el eje del campo B. .Usando cercanas antenas de electrodos, los científicos del ATRAP guiaron ambas transiciones ciclotrón, es decir,| n,m_s⟩ →| n+1,m_s⟩ y | n,m_s⟩→| n,m_s+1⟩y midieron las frecuencias de ambas transiciones,f_c y f_s respectivamente [véase la fig. 1(b)].La relación de estas dos frecuencias proporciona una medida del factor g del antiprotón: f_c/f_s= g_{p^_} /₂    . Si suponemos que la relación carga a masa de los protones y antiprotones son iguales (una medición reciente encontró que están dentro 0 . 1 partes por mil millones de unos a otros [ ver aquí],lo que constituye otro voto de apoyo para la simetria C P T), entonces, el momento magnético antiprotón se puede escribir como : μ_{p^_}= -g_{p^_} /₂ μ_N  en donde μ_N es el magnetón nuclear. A pesar de la simplicidad conceptual del procedimiento de medición, el experimento fue extremadamente difícil.Experimentos similares con electrones han resuelto tanto la transición entre los niveles cuánticos ciclotrón asi como los estados de spin, pero la fuerza de estas señales está en escala con el momento magnético de la partícula. En el caso de antiprotones, el momento magnético (que es inversamente proporcional a la masa) es ~ 2000 veces más pequeño que el de electrones. Por lo tanto, la colaboración ATRAP tuvo que emplear algunos trucos para desentrañar el valor de las frecuencia de ciclotrón y spin-flip de las señales experimentales débiles, que terminan siendo abrumadas por el ruido experimental no caracterizado. Para sortear este problema, los científicos del ATRAP utilizaron una técnica, desarrollada para la medición de momento magnético del protón, que analiza el carácter del ruido experimental. Notaron que este ruido se incrementa cada vez que se produce una transición cuántica, lo que les permite deducir la frecuencia con la que se produjeron las transiciones. Con esta técnica de análisis de datos, se determinó que el momento magnético del antiprotón es μ_{p^_ /} μ_N  = - 2 . 792 845 ( 12 ) , que tiene la misma magnitud, dentro de la incertidumbre experimental, con el valor recomendado NIST CODATA para el momento magnético del protón   μ_{p /} μ_N = 2 . 792 847 356 ( 23 )ver aquí. Por lo tanto la magnitud de los momentos magnéticos antiprotón y el protón difieren por menos de 5 partes por millón, de acuerdo con el teorema C P T . Si la violación CPT ocurriera cambiaría para siempre nuestra comprensión del universo. La historia nos ha enseñado que los experimentos como éste juegan un papel importante en el esfuerzo de, cambiar, los cimientos de la física. Así que por ahora, el debate continuará. La simetría CPT resistirá el paso del tiempo o va a caer, al igual que la C, la P,la CP y más recientemente la T (ver aquí) ? .







artículo de los físicos Eric R. Hudson y David Saltzberg para Physics.aps.






fuente de la información:






http://physics.aps.org/articles/v6/36