Dostavna služba za prijevoz antimaterije

Tim znanstvenika iz eksperimenta BASE u CERN-u je, po prvi put u svijetu, uspješno prevezao "zamku" ispunjenu antiprotonima u kamionu preko glavne lokacije laboratorija.

Tim je uspio akumulirati oblak od 92 antiprotona u inovativnoj prijenosnoj kriogenoj Penningovoj zamci, zatim je odspojiti iz eksperimentalnog objekta, utovariti u kamion i nastaviti s eksperimentalnim radom nakon transporta.

Ovo je izvanredno postignuće, s obzirom na to da je antimateriju vrlo teško sačuvati, jer se anihilira u kontaktu s materijom. Ova svjetska premijera je test, a krajnji cilj je transport antiprotona u druge europske laboratorije, poput Sveučilišta Heinrich Heine u Düsseldorfu (HHU), gdje bi se mogla provesti vrlo precizna mjerenja svojstava antiprotona.

Antimaterija je prirodna klasa čestica koja je gotovo identična običnoj materiji, osim što su električni naboj i magnetski moment obrnuti. Prema zakonima fizike, Veliki prasak je trebao proizvesti jednake količine materije i antimaterije. Ove jednake, ali suprotne čestice brzo bi se međusobno poništile, ostavljajući prazan Svemir.

Međutim, naš Svemir pretežno sadrži materiju, a ta neravnoteža desetljećima zbunjuje znanstvenike. Fizičari sumnjaju da postoje skrivene razlike koje bi mogle objasniti zašto je materija preživjela, a antimaterija gotovo nestala.

Kako bismo produbili naše razumijevanje antimaterije, suradnja BASE ima za cilj precizno izmjeriti svojstva antiprotona, poput njihovog intrinzičnog magnetskog momenta, a zatim usporediti ta mjerenja s onima provedenim s protonima. No, sada se suočavaju s problemom.

"Strojevi i oprema u CERN-ovoj 'tvornici antimaterije', gdje se nalazi BASE, generiraju fluktuacije magnetskog polja koje ograničavaju koliko daleko možemo pomaknuti naša precizna mjerenja", objašnjava Stefan Ulmer, glasnogovornik BASE-a.

Te fluktuacije su male, reda veličine jedne milijardite tesle, 20.000 puta manje od Zemljinog magnetskog polja, i neotkrivene izvan zgrade. "Međutim, preciznost mjerenja provedenih u BASE-u je takva da će za još dublje razumijevanje temeljnih svojstava antiprotona biti potrebno premjestiti eksperiment izvan zgrade", kaže Ulmer.

CERN-ova „tvornica antimaterije“ jedino je mjesto na svijetu gdje se antiprotoni mogu proizvoditi, pohranjivati ​​i proučavati. Dva uzastopna usporivača, Antiproton Decelerator (AD) i Extra Low Energy Antiproton ring (ELENA), omogućuju nekoliko eksperimenata s antiprotonima niske energije, jer što im je energija niža, to ih je lakše pohraniti i proučavati.

Među tim eksperimentima, BASE drži dugogodišnje rekorde u zadržavanju antiprotona više od godinu dana, a eksperiment je izumio ovaj pionirski pristup kako bi prešao na sljedeću fazu: transport antiprotona u offline prostor za preciznije eksperimente, kao i njihovo dijeljenje s drugima. Zato su razvili BASE-STEP zamku: aparat dizajniran za pohranu i transport antiprotona.

"Naš cilj s BASE-STEP-om jest uhvatiti antiprotone i dostaviti ih u naše precizne laboratorije u namjenskom prostoru u CERN-u, HHU-u, Sveučilištu Leibnitz u Hannoveru i možda drugim laboratorijima koji su sposobni izvoditi vrlo precizna mjerenja antiprotona, što nažalost nije moguće u tvornici antimaterije", objašnjava Christian Smorra, voditelj BASE-STEP-a. "Prošle godine smo potvrdili izvedivost projekta s protonima , ali ono što smo danas postigli s antiprotonima ogroman je korak naprijed prema našem cilju."

BASE-STEP je dovoljno malen da se može utovariti u kamion i proći kroz obična laboratorijska vrata, a može izdržati i udarce i vibracije tijekom transporta. Trenutni aparat, koji uključuje supravodljivi magnet, kriogeno hlađenje tekućim helijem, rezerve snage i vakuumsku komoru koja hvata antičestice pomoću magnetskih i električnih polja, teži 1000 kilograma, čime je mnogo kompaktniji od BASE-a ili bilo kojeg drugog postojećeg sustava koji se koristi za proučavanje antimaterije.

"Do našeg prvog odredišta – našeg namjenskog preciznog laboratorija na HHU-u u Njemačkoj, trebalo bi nam najmanje 8 sati", kaže Christian Smorra. „To znači da bismo supravodljivi magnet zamke morali držati na temperaturi ispod 8,2 K toliko dugo. Dakle, osim tekućeg helija, trebao bi nam generator za napajanje kriohladnjaka na kamionu. Trenutno istražujemo tu mogućnost." Ipak, najveći izazov ostaje po dolasku na odredište: prenijeti antiprotone u eksperiment bez da nestanu.

"Prijevoz antimaterije je pionirski i ambiciozan projekt i čestitam suradnji BASE na ovoj impresivnoj prekretnici. Nalazimo se na početku uzbudljivog znanstvenog putovanja koje će nam omogućiti daljnje produbljivanje našeg razumijevanja antimaterije", kaže Gautier Hamel de Monchenault, direktor CERN-a za istraživanje i računarstvo.