Anzeige

Researchers at Johannes Gutenberg University Mainz (JGU) and the Helmholtz Institute Mainz (HIM), together with their colleagues from the Max Planck Institute for Nuclear Physics in Heidelberg and the GSI Helmholtz Center for Heavy Ion Research in Darmstadt, have observed spin quantum-jumps with a single trapped proton for the first time.
The fact that they have managed to procure this elusive data means that they have overtaken their research competitors at the elite Harvard University and are now the global leaders in this field. The result is a pioneering step forward in the endeavor to directly measure the magnetic properties of the proton with high precision. The measuring principle is based on the observation of a single proton stored in an electromagnetic particle trap.
As it would also be possible to observe an anti-proton using the same method, the prospect that an explanation for the matter-antimatter imbalance in the universe could be found has become a reality. It is essential to be able to analyze antimatter in detail if we are to understand why matter and antimatter did not completely cancel each other out after the Big Bang - in other words, if we are to comprehend how the universe actually came into existence.
The proton has an intrinsic angular momentum or spin, just like other particles. It is like a tiny bar magnet; in this analogy, a spin quantum jump would correspond to a (switch) flip of the magnetic poles. However, detecting the proton spin is a major challenge. While the magnetic moments of the electron and its anti-particle, the positron, were already being measured and compared in the 1980s, this has yet to be achieved in the case of the proton. "We have long been aware of the magnetic moment of the proton, but it has thus far not been observed directly for a single proton but only in the case of particle ensembles," explains Stefan Ulmer, a member of the work group headed by Professor Dr Jochen Walz at the Institute of Physics at the new Helmholtz Institute Mainz.
The real problem is that the magnetic moment of the proton is 660 times smaller than that of the electron, which means that it is considerably harder to detect. It has taken the collaborative research team five years to prepare an experiment that would be precise enough to pass the crucial test. "At last we have successfully demonstrated the detection of the spin direction of a single trapped proton," says an exultant Ulmer, a stipendiary of the International Max Planck Research School for Quantum Dynamics in Heidelberg.
This opens the way for direct high-precision measurements of the magnetic moments of both the proton and the anti-proton. The latter is likely to be undertaken at CERN, the European laboratory for particle physics in Geneva, or at FLAIR/GSI in Darmstadt. The magnetic moment of the anti-proton is currently only known to three decimal places. The method used at the laboratories in Mainz aims at a millionfold improvement of the measuring accuracy and should represent a new highly sensitive test of the matter-antimatter symmetry. This first observation of the spin quantum jumps of a single proton is a crucial milestone in the pursuit of this aim.
Matter-antimatter symmetry is one of the pillars of the Standard Model of elementary particle physics. According to this model, particles and anti-particles should behave identically once inversions of charge, parity and time - referred to as CPT transformation – are applied simultaneously. High-precision comparisons of the fundamental properties of particles and anti-particles make it possible to accurately determine whether this symmetrical behavior actually occurs, and may provide the basis for theories that extend beyond the Standard Model. Assuming that a difference between the magnetic moments of protons and anti-protons could be detected, this would open up a window on this "new physics".
The results obtained by the Mainz cooperative research team were published online in the leading specialist journal Physical Review Letters on Monday. The article is presented as an "Editor's Suggestion." Furthermore, the American Physical Society (APS) presents the article as "Viewpoint."
The research work carried out by the team of Professor Dr Jochen Walz on anti-hydrogen and the magnetic moment of protons forms part of the "Precision Physics, Fundamental Interactions and Structure of Matter" (PRISMA) Cluster of Excellence, which is currently applying for future sponsorship under the German Federal Excellence Initiative.
Publication:
S. Ulmer, C.C. Rodegheri, K. Blaum, H. Kracke, A. Mooser, W. Quint, J. Walz
Observation of Spin Flips with a Single Trapped Proton
Physical Review Letters (Vol.106, No.25), June 2011
DOI: 10.1103/PhysRevLett.106.253001
Weitere Informationen:
http://www.quantum.physik.uni-mainz.de/en/ag_walz/index.html
- Walz Group at Mainz University ;
http://www.quantum.physik.uni-mainz.de/en/members/ag_walz/sulmer.html
- Stefan Ulmer at Mainz University ;
http://prl.aps.org/abstract/PRL/v106/i25/e253001
- Abstract Physical Review Letters ;
http://physics.aps.org/
- Viewpoint American Physical Society ;
http://www.uni-mainz.de/eng/14236.php
- Press Release Mainz University
Petra Giegerich | Quelle: Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen: www.uni-mainz.de/
Weitere Berichte zu: Big Bang > magnetic moment > magnetic resonance imaging > Physical > Quantum > single proton
Trennung von Blutzellen im Mikrofluss
24.05.2012 | Universität Augsburg
Nomads of the Galaxy
24.05.2012 | Kavli Foundation
Krankheiten wie Parkinson, Alzheimer und bestimmte Krebsformen gehen auf eine fehlerhafte Faltung und Aggregation von Eiweißen im Körper zurück.
Wissenschaftlern des Instituts für Photonische Technologien (IPHT) in Jena ist es erstmals gelungen, Proteinstrukturen auf sub-molekularer Ebene nachzuweisen und spektroskopisch zu analysieren. Ein wichtiger Schritt zum Verständnis der Krankheitsursachen.
„Bis heute hat man nicht genau verstanden, was die fehlerhafte Faltung und Aggregation von Eiweißen, zum Beispiel im Zusammenhang mit Alzheimer, ...
Die Quantenphysik beschreibt physikalische Vorgänge in Festkörpern und anderen Vielteilchensystemen auch mit Hilfe von Quasiteilchen.
Innsbrucker Physikern um Rudolf Grimm ist es nun erstmals gelungen, ein neues Quasiteilchen - ein repulsives Polaron - in einem Quantengas experimentell zu erzeugen. Die Forscher berichten darüber in der Online-Ausgabe der Fachzeitschrift Nature.
Ultrakalte Quantengase sind ein ideales Experimentierfeld, um physikalische Phänomene in Festkörpern zu simulieren. Unter streng kontrollierten Bedingungen ...
Licht lässt die Partikel in der Atmosphäre wachsen. In einem Experiment hat ein internationales Forscherteam erstmals einen neuen Mechanismus nachweisen können, bei dem Partikel durch Licht größer werden und der damit Einfluss auf die Wolkenbildung und das Klima hat.
Photokatalytische Reaktionen können zu einer schnellen Bindung von nicht kondensierenden flüchtigen organischen Kohlenwasserstoffen (VOCs) auf der Oberfläche der Partikel führen. Unter solchen Bedingungen nehme die Größe und Masse der Partikel schnell zu, schreiben die Wissenschaftler im renommierten Fachblatt PNAS.
Die Ergebnisse des Laborexperimentes könnten Effekte erklären, die bisher schon bei Feldkampagnen ...
Ähnlich wie blutsaugende Insekten prüfen Pflanzenschädlinge ihren Wirt auf Abwehrsignale, bevor sie anfangen zu fressen
Pflanzen bilden wenige Minuten nach Angriff eines Fraßfeindes Jasmonsäure, ein Hormon, das die Verteidigung gegen Insekten in Gange setzt mit der Folge, dass giftige Stoffe wie Nikotin oder Verdauungshemmer in den Blättern akkumulieren.
Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie, Jena, haben jetzt herausgefunden, dass Zwergzikaden die Verteidigungsbereitschaft von Tabakpflanzen aufspüren können. ...
Wissenschaftlern vom Institut für Physikalische und Theoretische Chemie der Universität Bonn ist es erstmals gelungen, den Transport eines wichtigen Informationsträgers in biologischen Zellen praktisch unmodifiziert in Echtzeit zu filmen.
Die Studie zeigt, wie die so genannte Boten-RNA die Zellkernhülle überwindet und vom Zellkern in das Zytoplasma gelangt. Diese Arbeit ist nun in dem renommierten Journal „Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA“ (PNAS) publiziert.
Der Bauplan aller Lebewesen ist in ihrem Erbgut gespeichert. Dieses lagert bei höheren ...
Anzeige
Anzeige

Energieversorger vor dem Umbruch
24.05.2012 | Studien Analysen
Stem-cell-growing surface enables bone repair
24.05.2012 | Biowissenschaften Chemie
Im wahrsten Sinne „Spitzenforschung“: IPHT-Forscher untersuchen Eiweißfasern mit größter Genauigkeit
24.05.2012 | Biowissenschaften Chemie
NieKE Themenforum: Ökonomie - Tierschutz - Lebensmittelsicherheit
24.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten
Nachhaltigkeit in der Schifffahrt: Werte vs. Wertschöpfung
24.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten
Wissenschaft und Öffentlichkeit
24.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten