Napredek pri transportu antiprotonov  

Veliki pok je proizvedel enake količine materije in antimaterije, ki bi se morali uničiti in za seboj pustiti prazno vesolje. Vendar je materija preživela in prevladuje v vesolju, medtem ko je antimaterija izginila. Menijo, da je za to morda odgovorna neka neznana razlika v osnovnih lastnostih med delci in ustreznimi antidelci. Visoko natančne meritve temeljnih lastnosti antiprotonov lahko obogatijo razumevanje asimetrije snov-antimaterija. Potrebuje dobavo antiprotonov. Trenutno je CERN-ov Antiproton Decelerator (AD) edini objekt, kjer se proizvajajo in shranjujejo antiprotoni. Zaradi nihanj magnetnega polja, ki jih ustvarjajo pospeševalniki, ni mogoče izvesti visoko natančnih študij antiprotonov blizu AD. Zato je prevoz antiprotonov iz tega objekta v druge laboratorije nujen. Trenutno ni ustrezne tehnologije za to. BASE-STEP je korak naprej v tej smeri. Je razmeroma kompaktna naprava, namenjena shranjevanju in transportu antiprotonov iz objekta CERN v laboratorije na drugih lokacijah za visoko natančne študije antimaterije. 24. oktobra 2024 je BASE-STEP izvedel uspešno predstavitev tehnologije z uporabo ujetih protonov kot nadomestila za antiprotone. Lokalno je v tovornjaku prepeljal oblak 70 protonov. To je bil prvi primer prevoza ohlapnih delcev v pasti za večkratno uporabo in pomembna odskočna deska k ustvarjanju storitve dostave antiprotonov za poskuse v drugih laboratorijih. Z nekaterimi izboljšavami v postopkih je predviden transport antiprotonov leta 2025.  

Na začetku je Veliki pok proizvedel enake količine materije in antimaterije. Oba sta po lastnostih enaka, le da imata nasprotne naboje in da sta njuna magnetna momenta obrnjena.  

Snov in antimaterija bi morali hitro anihilirati in za seboj pustiti prazno vesolje, vendar se to ni zgodilo. V vesolju zdaj popolnoma prevladuje materija, medtem ko je antimaterija izginila. Menijo, da obstaja neka neznana razlika med temeljnimi delci in njihovimi ustreznimi antidelci, ki je morda vodila do preživetja materije, medtem ko je bila antimaterija odstranjena, kar je povzročilo asimetrijo materije in antimaterije.  

V skladu s simetrijo CPT (Charge, Parity, and Time reversal), ki je del standardnega modela fizike delcev, bi morale biti osnovne lastnosti delcev enake in delno nasprotne lastnostim njihovih ustreznih antidelcev. Visoko natančne eksperimentalne meritve razlik v osnovnih lastnostih (kot so mase, naboji, življenjske dobe ali magnetni momenti) delcev in njihovih ustreznih antidelcev so lahko v pomoč pri razumevanju asimetrije snov-antimaterija. To je kontekst CERNJe Baryon Eksperiment antibarionske simetrije (BASE).   

Eksperiment BASE je bil zasnovan za raziskovanje protonske antiprotonske simetrije z izvajanjem visoko natančnih meritev lastnosti (kot je intrinzični magnetni moment) antiprotonov z delno natančnostjo v vrstnem redu del na milijardo. Naslednji korak je primerjava teh meritev z ustreznimi vrednostmi za protone. Za intrinzični magnetni moment celoten postopek temelji na meritvah Larmorjeve frekvence in ciklotronske frekvence.     

Trenutno je CERN-ov Antiproton Decelerator (AD) edini objekt, kjer se antiprotoni rutinsko proizvajajo in shranjujejo. Te antiprotone je treba preučiti tukaj v CERN-ovem objektu, vendar nihanja magnetnega polja, ki jih ustvarja pospeševalnik na mestu, omejujejo natančnost meritev lastnosti antiprotonov. Zato je nujen transport antiprotonov, proizvedenih v AD, v laboratorije na drugih lokacijah. Toda z antimaterijo se ni enostavno spoprijeti, saj hitro anihilirajo, ko pridejo v stik s snovjo. Trenutno ni primerne tehnologije za transport antiprotonov v laboratorije na drugih lokacijah, da bi raziskovalci izvajali visoko natančne študije. BASE-STEP (Symmetry Tests in Experiments with Portable antiprotons) je korak naprej v tej smeri.  

BASE-STEP je razmeroma kompaktna naprava, zasnovana za shranjevanje in transport antiprotonov iz objekta CERN v laboratorije na drugih lokacijah za visoko natančne študije antimaterije. Je podprojekt BASE, tehta približno tono in je približno petkrat manjši od prvotnega eksperimenta BSE.  

24. oktobra 2024 je BASE-STEP izvedel uspešno predstavitev tehnologije z uporabo ujetih protonov kot nadomestnih mest za antiprotone. Lokalno je v tovornjaku prepeljal oblak 70 protonov. To je bil prvi primer prevoza ohlapnih delcev v pasti za večkratno uporabo in pomembna odskočna deska k ustvarjanju storitve dostave antiprotonov za poskuse v drugih laboratorijih. Z nekaj izboljšavami postopkov je transport antiprotona načrtovan leta 2025.  

PUMA (antiProton Unstable Matter Annihilation) je še en eksperiment podobne narave, vendar z drugačnim ciljem. Tako kot BASE-STEP tudi PUMA vključuje pripravo prenosljive pasti za premikanje antiprotonov iz dvorane CERN-ovega antiprotonskega zaviralca (AD) v njegov objekt ISOLDE za uporabo pri preučevanju eksotičnih pojavov jedrske fizike.  

*** 

Reference:  

1. CERN. Novice – eksperiment BASE naredi velik korak k prenosni antimateriji. Objavljeno 25. oktobra 2024. Na voljo na https://home.cern/news/news/experiments/base-experiment-takes-big-step-towards-portable-antimatter  

2. CERN. Poročilo o tehnični zasnovi BASE-STEP.  https://cds.cern.ch/record/2756508/files/SPSC-TDR-007.pdf 

3. Smorra C., et al 2023. BASE-STEP: Prenosni antiprotonski rezervoar za temeljne študije interakcij. Rev. Sci. Instrum. 94, 113201. 16. november 2023. DOI: https://doi.org/10.1063/5.0155492 

4. Aumann, T., Bartmann, W., Boine-Frankenheim, O. et al. PUMA, antiProton nestabilna anihilacija snovi. Eur. Phys. J. A 58, 88 (2022). DOI: https://doi.org/10.1140/epja/s10050-022-00713-x 

*** 

Sorodni članki 

• Zakaj 'Materija' prevladuje v vesolju in ne 'Antmaterija'? V iskanju, zakaj vesolje obstaja (18. april 2020) 

• Razkrivanje skrivnosti asimetrije vesolja med snovjo in antimaterialom z eksperimenti z nevtrinskim nihanjem (1 maj 2020)  

• Trkalnik delcev za študij "Zelo zgodnjega vesolja": demonstriran mionski trkalnik (31 oktober 2024)  

***