Geen verschil in massa tussen proton en antiproton

In de fysica wordt aangenomen dat alle elementaire deeltjes een eigen antideeltje hebben. Dit heeft precies dezelfde massa, maar tegengestelde elektrische en magnetische eigenschappen. Het is niet eenvoudig om experimenteel te verifiëren of dit ook werkelijk exact het geval is, omdat het werken met en het meten aan antideeltjes niet eenvoudig is. Zodra een antideeltje in contact komt met een 'gewoon' deeltje, verdwijnen beide en blijft er slechts energie over. Deze verdwijning en omzetting in energie wordt annihilatie genoemd.

In 1990 bepaalde een groep van Duitse en Amerikaanse onderzoekers, onder leiding van G. Gabrielse van de Harvard-Universiteit in Cambridge (VS), de verhouding tussen de massa van het proton en antiproton. Zij konden geen meetbaar verschil vinden. Onlangs hebben zij, met sterk verbeterde meetapparatuur, deze verhouding nogmaals bepaald. De metingen werden verricht op het Europese Laboratorium voor Deeltjesonderzoek (CERN) in Genève en het resultaat ervan wordt binnenkort gepubliceerd in de Physical Review Letters.

Uit de Low Energy Antiproton Ring (LEAR) van het CERN werden antiprotonen met een energie van 5,9 miljoen elektronvolt (eV) gehaald. Van deze antideeltjes werd de energie door afkoeling eerst verlaagd tot 300 eV en vervolgens tot 0,0003 eV. Dit laatste gebeurde in een zogeheten Penning trap: een extreem hoog vacuüm, waarin de antideeltjes met behulp van een magnetisch veld en een elektrisch veld twee maanden lang konden worden vastgehouden. In deze 'val' bevonden zich aanvankelijk tien miljard antiprotonen.

Met behulp van een tweede, gepulst elektrisch veld werden in de loop van de tijd alle antideeltjes op één na weggestoten. Van dit ene deeltje werd de massa gemeten en vervolgens werd de gehele procedure herhaald met protonen. Het resultaat: de massa van het proton en antiproton zijn in ieder geval tot op één miljardste aan elkaar gelijk. Dit resultaat is de tot nu toe meest nauwkeurige test voor het zogeheten CPT-theorema voor zware elementaire deeltjes. Volgens dit belangrijke theorema in de deeltjesfysica blijven de natuurwetten voor een deeltje behouden als men achtereenvolgens de lading (C), pariteit (P) en tijd (T) omkeert.