Recenzowane czasopismo naukowe „Nature Communications” opublikowało wynik najdokładniejszego na świecie testu symetrii między materią i antymaterią w atomie pozytonium wykonanego w Laboratorium J-PET przez zespół pod kierunkiem Profesora Pawła Moskala.
Przygotowanie aparatury, wykonanie doświadczeń i analiza danych trwały 7 lat.

 

W artykule Discrete symmetries tested at 10−4 precision using linear polarization of photons from positronium annihilations opisano wyniki testów symetrii między materią i antymaterią poprzez badanie polaryzacji fotonów powstających w anihilacji elektronu z pozytonem. W doświadczeniu wykorzystano atomy pozytonium zbudowane z elektronu i pozytonu, najlżejszych składników materii i antymaterii. Fotony powstające w anihilacji pozytonium posiadają energię milion razy większą niż fotony widzialne i ich polaryzacji nie można badać przy zastosowaniu technik znanych z optyki i fotoniki.

Eksperyment został przeprowadzony przy użyciu metody opracowanej przez Prof. Moskala, której opis opublikowało w 2016 roku czasopismo Acta Physica Polonica B. Kierunek polaryzacji fotonu mierzony jest w oparciu o rozproszenie fotonów na elektronach w scyntylatorach plastikowych, z których zbudowany jest tomograf J-PET.

Badania są współfinansowane przez Narodowe Centrum Nauki poprzez grant w konkursie OPUS 18 oraz Projekt Flagowy Centrum Teranostyki finansowany w ramach Priorytetowych Obszarów Badawczych qLife i SciMat na Uniwersytecie Jagiellońskim.

Zespół Prof. Pawła Moskala zaproponował przeprowadzenie dedykowanego eksperymentu o wysokiej precyzji, wykorzystujący innowacyjne technologie rejestrowania fotonów, w celu zmierzenia światła wytwarzanego w anihilacji elektronu z pozytonen (w szczególności w anihilacji atomów pozytonium) pod kątem przetestowania przewidywań Modelu Standardowego lub alternatywnie, aby odkryć asymetrię między materią i antymaterią w sektorze elektromagnetycznym, co stanowiłoby przełom w zrozumieniu Wszechświata i naszego istnienia.

Naukowcy na Wydziale FAIS zaprojektowali i zbudowali prototyp pierwszego na świecie pozytronowego tomografu emisyjnego działającego w oparciu o scyntylatory plastikowe. Przeprowadzili wstępne badania pokazujące zdolność skonstruowanego prototypu do pomiaru rozpadów atomów pozytonium na fotony. Zebrali pierwsze dane i przetestowali symetrię między materią a antymaterią z precyzją kilka razy lepszą niż ta uzyskana we wcześniej przeprowadzonych badaniach. Uruchomienie prototypu wykazało, że opracowana przez zespół Prof. Pawła Moskala metoda umożliwia przeprowadzenie proponowanych badań ze znacznie większą dokładnością niż w najlepszych poprzednich eksperymentach. Głównym celem projektu będzie głębsze zrozumienie materii we Wszechświecie i interakcji elektromagnetycznych odpowiedzialnych za istnienie atomów, cząsteczek i wszelkiego stworzenia.