Физики совершили крупный прорыв в транспортировке антиматерии, успешно завершив пробный запуск с использованием других субатомных частиц.
Это первый случай транспортировки свободных частиц подобным образом, и он открывает путь к методу доставки антиматерии из ЦЕРНа на объекты, которые смогут изучать ее с большей точностью, чем когда-либо прежде.
Антиматерия плохо переносится — в конце концов, она просто уничтожает любой контейнер, в который ее поместят. Но ученые из ЦЕРНа разработали специальную ловушку, которую они назвали BASE-STEP, которая может удерживать и транспортировать это странное вещество.
Команда продемонстрировала, что BASE-STEP работает по плану, загрузив облако из 70 несвязанных протонов в ловушку, погрузив его на грузовик и провезя его через главную площадку ЦЕРНа. К счастью, хрупкий груз пережил короткую поездку.
«Если вы можете сделать это с протонами, это также сработает и с антипротонами», — говорит физик ЦЕРНа Кристиан Сморра, руководитель BASE-STEP. «Единственное отличие в том, что вам нужна гораздо лучшая вакуумная камера для антипротонов».
Антиматерия — это своего рода «злой близнец» обычной материи — главное отличие в том, что частица и ее античастица имеют противоположный заряд. Звучит просто, но последствия огромны. Если частицы антиматерии соприкасаются с частицами обычной материи, даже воздуха, они аннигилируют друг с другом с выбросом энергии.
В результате антиматерия обычно имеет мимолетное существование, что означает, что ее трудно производить и еще труднее изучать. Антипротонный замедлитель (AD) ЦЕРНа — одно из немногих мест на Земле, где можно постоянно создавать антиматерию, а затем она поступает в серию близлежащих экспериментов, которые изучают ее разными способами.
Чтобы хранить вещество достаточно долго для его изучения, антиматерию необходимо поместить в электромагнитное поле, чтобы она не касалась стенок. Эксперимент BASE делает именно это, и он может хранить частицы антиматерии более года. Однако существует ограниченное количество экспериментов, которые можно провести на месте.
«Ускорительное оборудование в зале AD генерирует колебания магнитного поля, которые ограничивают наши возможности по повышению точности измерений», — говорит физик-теоретик ЦЕРН Стефан Ульмер. «Если мы хотим еще глубже понять фундаментальные свойства антипротонов, нам нужно двигаться дальше».
Вот почему CERN построил BASE-STEP, меньшую, портативную версию длиной 1,9 метра, или всего одну пятую размера BASE. Она разработана для защиты античастиц от ударов и тряски, которые можно ожидать во время поездки, и для этого в это небольшое пространство втиснуто много оборудования.
BASE-STEP оснащен вакуумной камерой для удержания античастиц, сверхпроводящим магнитом для создания электромагнитных полей, необходимых для их удержания, криогенной системой, использующей жидкий гелий для охлаждения этого магнита, и батареями для питания всей конструкции.
Для этого первого тестового запуска ученые использовали не частицы антиматерии, а 70 свободных протонов, которые также чувствительны к удару. Эти несвязанные частицы просто жаждут образовать новые связи, поэтому если они будут слишком сильно толкаться, их втянут обратно в атомные ядра. Они гораздо менее ценны, чтобы их терять, если они не сделают этого.
Запуск прошел успешно, протоны проделали свой путь на грузовике через комплекс. После небольшой доработки команда планирует перевезти свою первую партию антиматерии в следующем году. Отдельный эксперимент под названием PUMA также нацелен на то же самое в 2025 году.
«В конечном итоге мы хотим иметь возможность транспортировать антиматерию в наши специализированные прецизионные лаборатории в Университете имени Генриха Гейне в Дюссельдорфе, что позволит нам изучать антиматерию с точностью, улучшенной как минимум в 100 раз», — говорит Сморра. «В долгосрочной перспективе мы хотим перевезти его в любую лабораторию в Европе. Это означает, что нам необходимо иметь генератор на грузовике. В настоящее время мы изучаем эту возможность».
