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来自欧洲核子研究中心反物质工厂的质子传输。

Proton transport from the antimatter factory of CERN.

作者信息

Leonhardt M, Schweitzer D, Abbass F, Anjum K K, Arndt B, Erlewein S, Endoh S, Geissler P, Imamura T, Jäger J I, Latacz B M, Micke P, Voelksen F, Yildiz H, Blaum K, Devlin J A, Matsuda Y, Ospelkaus C, Quint W, Soter A, Walz J, Yamazaki Y, Ulmer S, Smorra C

机构信息

Institut für Experimentalphysik, Heinrich Heine Universität Düsseldorf, Düsseldorf, Germany.

Ulmer Fundamental Symmetries Laboratory, RIKEN, Saitama, Japan.

出版信息

Nature. 2025 May;641(8064):871-875. doi: 10.1038/s41586-025-08926-y. Epub 2025 May 14.

DOI:10.1038/s41586-025-08926-y
PMID:40369070
原文链接:https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC12095035/
Abstract

Precision measurements using low-energy antiprotons, exclusively available at the antimatter factory (AMF) of CERN, offer stringent tests of charge-parity-time (CPT) invariance, which is a fundamental symmetry in the Standard Model of particle physics. These tests have been realized, for example, in antiprotonic helium and antihydrogen. In our cryogenic Penning-trap experiments, we measure the magnetic moments and charge-to-mass ratios of protons and antiprotons and now provide the most precise test of CPT invariance in the baryon sector. Our experiments are limited by magnetic field fluctuations imposed by the decelerators in the AMF; therefore, we are advancing the relocation of antiprotons to dedicated precision laboratories. Here we present the successful transport of a trapped proton cloud from the AMF using BASE-STEP-a transportable, superconducting, autonomous and open Penning-trap system that can distribute antiprotons into other experiments. We transferred the trapped protons from our experimental area at the AMF onto a truck and transported them across the Meyrin site of CERN, demonstrating autonomous operation without external power for 4 h and loss-free proton relocation. We thereby confirm the feasibility of transferring particles into low-noise laboratories in the vicinity of the AMF and of using a power generator on the truck to reach laboratories throughout Europe. This marks the potential start of a new era in precision antimatter research, enabling low-noise measurements of antiprotons, the charged antimatter ions and (ref. ), and other accelerator-produced ions, such as hydrogen-like lead or uranium ions.

摘要

使用低能反质子进行的精确测量,只有欧洲核子研究组织(CERN)的反物质工厂(AMF)能够实现,这为电荷宇称时间(CPT)不变性提供了严格测试,而CPT不变性是粒子物理学标准模型中的一个基本对称性。例如,这些测试已在反质子氦和反氢中得以实现。在我们的低温潘宁阱实验中,我们测量了质子和反质子的磁矩以及荷质比,现在提供了重子领域中CPT不变性的最精确测试。我们的实验受到AMF中减速器施加的磁场波动的限制;因此,我们正在推进将反质子转移到专门的精密实验室。在此,我们展示了使用BASE - STEP成功地从AMF运输捕获的质子云,BASE - STEP是一种可运输、超导、自主且开放的潘宁阱系统,它可以将反质子分配到其他实验中。我们将捕获的质子从AMF的实验区域转移到一辆卡车上,并将它们运送到CERN的梅兰园区,展示了在无外部电源的情况下自主运行4小时以及无损失的质子转移。我们由此证实了将粒子转移到AMF附近的低噪声实验室以及使用卡车上的发电机抵达欧洲各地实验室的可行性。这标志着精密反物质研究新时代的潜在开端,可以对反质子、带电反物质离子 和 (参考文献 )以及其他加速器产生的离子,如类氢离子铅或铀离子进行低噪声测量。

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