冷却技术使关键粒子特性的测量更容易

　　质子的夸克结构。其中有两个上夸克和一个下夸克。强的力是以胶子(波状)为媒介的。强电有三种电荷，即所谓的红、绿、蓝。请注意，下夸克选择绿色是任意的;＂色电荷＂被认为是在三个夸克之间循环的。来源:亚珥拔Horvath) /维基百科
　　由理化学研究所的科学家领导的base合作项目的科学家们开发了一种新的冷却方法，这种方法可以更容易地测量质子和反质子的一种叫做磁矩的特性。这是正在研究的性质之一，以解决为什么我们的宇宙中有物质，但几乎没有反物质的奥秘。
　　在标准模型下，我们的宇宙应该有等量的物质和反物质，但实际上并非如此。为了找出原因，世界各地的科学家都在试图发现两者之间的微小差异，从而解开这个谜团。一个有希望的途径是探索质子和反质子的磁矩是否存在差异，欧洲核子研究中心的基础实验正试图确定这一点。利用一种精密的设备——一种能够捕获和探测单个粒子的潘宁陷阱——基地小组过去能够将质子和反质子磁矩的测量精度分别提高30倍和3个数量级以上，在十亿分之一的水平上对物质/反物质对称性进行了测试，发现质子和反质子中的磁铁与9个重要数字相似。
　　在进行这类实验的过程中有很多困难，其中一个困难是，为了精确测量磁矩，需要将粒子保持在接近绝对零度-273.15 C的温度下。在之前的实验中，低温是通过一种被称为＂选择性电阻冷却＂的技术来准备的，根据研究人员的说法，这是一种耗时的技术，＂类似于投掷一个有100个面的骰子，试图掷出一个1。＂
　　在最近发表在《自然》杂志上的实验中，BASE合作组织首次演示了通过将单个质子与激光冷却的9Be+离子云耦合，实现了单个质子的＂感应冷却＂。交感冷却是使用激光或其他设备来冷却一种类型的粒子，然后使用这些粒子来传递它们希望冷却的粒子的热量。利用这项技术，该团队同时用激光冷却离子冷却宏观超导调谐电路的谐振模式，也实现了单个捕获质子的交感冷却，温度接近绝对零度。
　　在最近的论文中描述的技术是一个重要的第一步，以相当大的减少面的骰子流形，理想的愿景是减少表面只有一个。＂我们报告了重要的第一步，该方法的进一步发展将最终导致理想的自旋翻转实验，在该实验中，单个低温质子将在几秒钟内制备完成。这将使我们能够在大约一分钟的测量中确定粒子的自旋状态，＂领导这项研究的科学家之一克里斯蒂安·斯莫拉说。＂这比我们以前的磁矩测量速度快得多，并将改善采样统计和我们系统研究的分辨率，＂Matthew Bohman补充道，他是海德堡马克斯普朗克核物理研究所的博士生，也是这项研究的第一作者。
　　＂此外，报道的成果不仅应用于质子/反质子磁矩测量。它为精密潘宁陷阱物理学工具箱增加了通用的新技术，而且在其他核磁矩测量、潘宁陷阱电荷质量比的超精确比较，甚至在提高反氢产量方面也有潜在的应用价值。＂Stefan Ulmer补充道。BASE合作的发言人和理研基本对称实验室的首席科学家。
　　BASE合作进行了三个实验，一个在欧洲核子研究中心的反物质工厂，一个在汉诺威大学，一个在美因茨大学，新方法就是在那里实际实施的。该报告的研究是RIKEN、德国马克斯普朗克学会、美因茨大学、汉诺威大学和东京大学、德国计量研究所PTB、欧洲核子研究中心和GSI达姆施塔特联合合作的结果。这项工作得到了马克斯·普朗克、理研、PTB时间、常数和基本对称中心的支持。