Experimento BASE

BASE ( Baryon Antibaryon Symmetry Experiment ), AD-8, es una colaboración multinacional en la instalación del Decelerador de Antiprotones en el CERN , Ginebra . El objetivo de la colaboración japonesa y alemana BASE ^{[ 1 ]} son ​​las investigaciones de alta precisión de las propiedades fundamentales del antiprotón , a saber, la relación carga-masa y el momento magnético .

Los antiprotones individuales se almacenan en un avanzado sistema de trampa de Penning , que tiene un sistema multitrampa en su núcleo. Consta de una trampa de reservorio, ^{[ 2 ]} una trampa de precisión, una trampa de análisis y una trampa de enfriamiento. La trampa de reservorio tiene la capacidad de almacenar antiprotones durante varios años ^{[ 3 ]} y permite que BASE opere experimentos independientemente de los ciclos del acelerador. La trampa de precisión se utiliza para mediciones de frecuencia de alta precisión, y la trampa de análisis tiene una fuerte inhomogeneidad de campo magnético superpuesta, que se utiliza para la espectroscopia de inversión de espín de partícula única . Al medir la tasa de inversión de espín en función de la frecuencia de un impulso magnético aplicado externamente, se obtiene una curva de resonancia. Junto con una medición de la frecuencia ciclotrónica , se extrae el momento magnético.

La colaboración BASE desarrolló técnicas para observar los primeros giros de un protón atrapado ^{[ 4 ]} y aplicó la técnica de doble trampa para medir el momento magnético del protón con una precisión fraccionaria de tres partes en mil millones ^{[ 5 ]} , posteriormente mejorada a una precisión de 300 partes en un billón ^{[ 6 ]} , siendo la medición más precisa de esta propiedad fundamental del protón. Con la invención de una técnica de dos partículas/tres trampas, BASE midió el momento magnético del antiprotón con una precisión fraccionaria de 1,5 partes en mil millones, lo que mejoró la comparación protón/antiprotón más precisa anterior en ese sector ^{[ 7 ]} en más de un factor de 3000. Esta medición constituye una de las pruebas más rigurosas de la invariancia CPT con bariones hasta la fecha, y establece los límites más estrictos sobre la interacción antimateria/materia oscura hasta la fecha ^{[ 8 ] .}

Inspirado por este trabajo, BASE también ha utilizado detectores de trampas de Penning como haloscopios de axiones y ha derivado límites de laboratorio estrictos de banda estrecha para la conversión de axiones en fotones. ^{[ 9 ]}

En 2022, BASE midió que las relaciones carga-masa de protones y antiprotones son iguales con una precisión de 16 partes por billón. ^{[ 10 ] [ 11 ]} Esta medición constituye la prueba más precisa de la invariancia CPT en el sector bariónico y establece las primeras restricciones diferenciales sobre el principio de equivalencia débil del reloj utilizando antimateria bariónica.

La colaboración BASE está integrada por las siguientes instituciones:

• Desacelerador de antiprotones
• Experimento TRAP
• Experimento ATRAP

Registro del experimento BASE en INSPIRE-HEP