Напредък в антипротонния транспорт  

Големият взрив произведе равни количества материя и антиматерия, които трябваше да се унищожат взаимно, оставяйки след себе си празна вселена. Въпреки това материята оцеля и доминира във Вселената, докато антиматерията изчезна. Смята се, че някаква неизвестна разлика в основните свойства между частиците и съответните античастици може да е отговорна за това. Високопрецизните измервания на фундаменталните свойства на антипротоните имат потенциал да обогатят разбирането на асиметрията материя-антиматерия. Изисква доставка на антипротони. В момента CERN's Antiproton Decelerator (AD) е единственото съоръжение, където се произвеждат и съхраняват антипротони. Не е възможно да се проведат високопрецизни изследвания на антипротони близо до AD поради флуктуациите на магнитното поле, генерирани от ускорителите. Следователно транспортирането на антипротони от това съоръжение до други лаборатории е наложително. В момента няма подходяща технология за това. BASE-STEP е крачка напред в тази посока. Това е относително компактно устройство, предназначено да съхранява и транспортира антипротони от съоръжението на CERN до лаборатории на други места за високопрецизни изследвания на антиматерията. На 24 октомври 2024 г. BASE-STEP проведе успешна технологична демонстрация, използвайки уловени протони като заместител на антипротони. Той транспортира облак от 70 протона локално в камион. Това беше първият случай на транспортиране на свободни частици в капан за многократна употреба и важна стъпка към създаването на услуга за доставка на антипротони за експерименти в други лаборатории. С някои подобрения в процедурите, антипротоните се планира да бъдат транспортирани през 2025 г.  

В началото Големият взрив е произвел равни количества материя и антиматерия. И двете са идентични по свойства, само че имат противоположни заряди и техните магнитни моменти са обърнати.  

Материята и антиматерията трябваше бързо да се унищожат, оставяйки след себе си празна вселена, но това не се случи. Сега вселената е напълно доминирана от материя, докато антиматерията е изчезнала. Смята се, че има някаква неизвестна разлика между фундаменталните частици и съответните им античастици, която може да е довела до оцеляването на материята, докато антиматерията е елиминирана, което води до асиметрия материя-антиматерия.  

Според симетрията CPT (Charge, Parity, and Time reversal), която е част от Стандартния модел на физиката на частиците, основните свойства на частиците трябва да бъдат равни и частично противоположни на тези на съответните им античастици. Високопрецизни експериментални измервания на разликите в основните свойства (като маси, заряди, времена на живот или магнитни моменти) на частиците и съответните им античастици могат да бъдат от помощ при разбирането на асиметрията материя-антиматерия. Това е контекстът на CERNЕ Барион Експеримент с антибарионна симетрия (BASE).   

Експериментът BASE е проектиран да изследва протонната антипротонна симетрия чрез извършване на високопрецизни измервания на свойства (като присъщ магнитен момент) на антипротоните с фракционна точност от порядъка на част на милиард. Следващата стъпка е сравнение на тези измервания със съответните стойности за протони. За вътрешния магнитен момент целият процес се основава на измервания на честотата на Larmor и циклотронната честота.     

Понастоящем антипротонният забавител (AD) на CERN е единственото съоръжение, където рутинно се произвеждат и съхраняват антипротони. Тези антипротони трябва да бъдат изследвани тук, в съоръжението на CERN, но флуктуациите на магнитното поле, генерирани от ускорителя на мястото, ограничават точността на измерванията на свойствата на антипротоните. Следователно императивът за транспортиране на антипротони, произведени в AD, до лаборатории на други места. Но антиматерията не е лесна за справяне, тъй като те бързо се унищожават при контакт с материята. Понастоящем няма подходяща технология за транспортиране на антипротони до лаборатории на други места, където изследователите да провеждат изследвания с висока точност. BASE-STEP (тестове за симетрия в експерименти с преносими антипротони) е стъпка напред в тази посока.  

BASE-STEP е сравнително компактно устройство, предназначено да съхранява и транспортира антипротони от съоръжението на CERN до лаборатории на други места за високопрецизни изследвания на антиматерията. Това е подпроект на BASE, тежи около един тон и е около пет пъти по-малък от оригиналния BSE експеримент.  

На 24 октомври 2024 г. BASE-STEP проведе успешна технологична демонстрация, използвайки уловени протони като заместител на антипротони. Той транспортира облак от 70 протона локално в камион. Това беше първият случай на транспортиране на свободни частици в капан за многократна употреба и важна стъпка към създаването на услуга за доставка на антипротони за експерименти в други лаборатории. С известно усъвършенстване на процедурите транспортирането на антипротон е планирано през 2025 г.  

PUMA (antiProton Unstable Matter Annihilation) е друг експеримент от подобен характер, но насочен към различна цел. Подобно на BASE-STEP, PUMA също така включва подготовка на транспортируем капан за преместване на антипротони от залата на антипротонния ускорител (AD) на CERN до неговото съоръжение ISOLDE за използване при изследване на екзотични феномени на ядрената физика.  

*** 

Литература:  

1. ЦЕРН. Новини – Експериментът BASE прави голяма крачка към преносима антиматерия. Публикувано на 25 октомври 2024 г. Налично на https://home.cern/news/news/experiments/base-experiment-takes-big-step-towards-portable-antimatter  

2. ЦЕРН. Доклад за технически проект на BASE-STEP.  https://cds.cern.ch/record/2756508/files/SPSC-TDR-007.pdf 

3. Smorra C., et al 2023. BASE-STEP: Транспортируем антипротонен резервоар за изследвания на фундаментални взаимодействия. Rev. Sci. Instrum. 94, 113201. 16 ноември 2023 г. DOI: https://doi.org/10.1063/5.0155492 

4. Aumann, T., Bartmann, W., Boine-Frankenheim, O. et al. PUMA, антипротонна анихилация на нестабилна материя. евро Phys. J. A 58, 88 (2022). DOI: https://doi.org/10.1140/epja/s10050-022-00713-x 

*** 

Свързани статии 

• Защо „Материята“ доминира над Вселената, а не „Антиматерията“? В търсене на защо Вселената съществува (18 април 2020) 

• Разкриване на мистерията на асиметрията материя-антиматерия на Вселената с експерименти с неутрино осцилиране (1 май 2020)  

• Ускорители на частици за изследване на „Много ранна вселена“: демонстриран мюонен ускорител (31 октомври 2024)  

***