反物質の謎解明を目指す原子噴水時計

スウォンジー大学の研究者ジョース・スクーンウォーター氏とエドワード・ソープ・ウッズ氏は、新しいセシウム噴水を開発した。 クレジット: ステファン・エリクソン。

セシウム原子の噴水を生成する装置は、反物質によって吸収される光の周波数を測定することにより、宇宙への理解を促進する可能性があります。

この装置は工学物理科学研究評議会 (EPSRC) の支援を受けて英国で建設され、現在、先駆的な反水素レーザー物理学装置 (ALPHA) の反物質実験を支援するために、象徴的な CERN 施設に設置されています。

スウォンジー大学は、EPSRC の資金提供を受けて、英国の ALPHA への関与を主導してきました。 デンマークのオーフス大学は、カールスバーグ財団からの資金提供を受けて、追加の支援を提供しました。

セシウム噴水は、ALPHA が、水素ですでに達成されているのと同じ精度で、反水素 (水素の反物質の対応物) によって吸収される光の周波数を決定するのに役立ちます。 これは、宇宙の仕組みの中心にある大きな問題である、物質と反物質の間の対称性の範囲を理解するために不可欠です。

セシウム噴水は、ミドルセックス州テディントンにある英国の国立計量研究所である国立物理研究所 (NPL) で設計および建設されました。

セシウム噴水は高さ約２メートルのケースに納められている。 真空チャンバー内に保持されたレーザー冷却されたセシウム原子は、磁気制御されたチューブ内に打ち上げられた後、再び落下します。

マイクロ波放射は、これらの原子が振動する周波数を小数点第 15 位まで測定します。

これにより、ALPHA が反水素原子とレーザー光の相互作用を測定できる超正確な基準が提供され、反水素が吸収する光の周波数を決定できるようになります。

目標は、現在の知識と比較して 1,000 倍の精度レベルを達成することです。 これは今後数年以内に達成されると予想されます。

この種のセシウム噴水は世界でも数少ないものの 1 つであり、その信頼性と堅牢性において独特であり、ALPHA が課す要求に耐えるのに不可欠です。

機器を現場での実験と統合することで、ALPHA が衛星リンクを介してこの種の機能にアクセスする必要がなくなり、測定値の不正確さが最小限に抑えられます。

この結果は、従来の理論に沿って、水素と反水素がまったく同じ（鏡像ではあるが）性質を持っているかどうかを示します。

これは、138億年前のビッグバンで同量の物質と反物質が生成されたと一般に考えられているにもかかわらず、今日の宇宙には反物質がほとんど存在しないように見える理由を解明する可能性がある。

英国は ALPHA の主要パートナーであり、セシウム噴水によってもたらされる能力は、低エネルギー反物質研究の分野における世界的リーダーとしての英国の地位を強化します。

ジェーン・ニコルソン、EPSRCの研究基地担当エグゼクティブディレクターは次のように述べています。

「このエキサイティングな装置は、反物質の特性を研究する研究者コミュニティにおける主導国としての英国の役割をさらに強化するでしょう。

「反物質によって吸収される光の周波数を測定する優れた精度を提供する原子噴水時計は、世界クラスの施設への投資の重要性と、画期的な発見を支える上でそれらの施設が果たす役割を示しており、学術機関と公共部門の研究機関の協力の優れた例です。 」

ステファン・エリクソン教授ALPHA のセシウム噴水プロジェクトを主導しているスウォンジー大学の教授は次のように述べています。

「新しいセシウム噴水は、水素と反水素が同じように振る舞うかどうかを判断するための私たちの継続的な取り組みにとって不可欠です。

「私たちが発見したものが、私たちの宇宙の基本的な構成要素への理解を深めてくれることを願っています。また、この噴水は、ALPHAが、たとえば計測器の分野でそのスキルを量子技術、社会に大きな影響を与えることが期待されています。」