Progrese în transportul antiprotonilor

Big Bang a produs cantități egale de materie și antimaterie care ar fi trebuit să se anihileze reciproc, lăsând în urmă un univers gol. Cu toate acestea, materia a supraviețuit și domină universul în timp ce antimateria a dispărut. Se crede că o diferență necunoscută în proprietățile de bază dintre particule și antiparticulele corespunzătoare ar putea fi responsabile pentru acest lucru. Măsurătorile de înaltă precizie ale proprietăților fundamentale ale antiprotonilor au potențialul de a îmbogăți înțelegerea asimetriei materie-antimaterie. Necesită furnizarea de antiprotoni. În prezent, Antiproton Decelerator (AD) al CERN este singura instalație în care sunt produși și stocați antiprotonii. Nu este posibil să se efectueze studii de mare precizie ale antiprotonilor în apropierea AD din cauza fluctuațiilor câmpului magnetic generate de acceleratoare. Prin urmare, transportul antiprotonilor din această unitate în alte laboratoare este un imperativ. În prezent, nu există o tehnologie adecvată pentru a face acest lucru. BASE-STEP este un pas înainte în această direcție. Este un dispozitiv relativ compact conceput pentru a stoca și transporta antiprotoni de la instalația CERN la laboratoare din alte locații pentru studii de înaltă precizie ale antimateriei. La 24 octombrie 2024, BASE-STEP a efectuat o demonstrație de succes a tehnologiei folosind protoni prinși ca substitut pentru antiprotoni. Acesta a transportat un nor de 70 de protoni la nivel local într-un camion. Acesta a fost primul exemplu de transport al particulelor libere într-o capcană reutilizabilă și o piatră de temelie importantă către crearea unui serviciu de livrare de antiprotoni pentru experimentele din alte laboratoare. Cu unele îmbunătățiri ale procedurilor, antiprotonii sunt planificați să fie transportați în 2025.

La început, Big Bang-ul a produs cantități egale de materie și antimaterie. Ambele sunt identice ca proprietăți, doar că au sarcini opuse, iar momentele lor magnetice sunt inversate.

Materia și antimateria ar fi trebuit să se anihileze rapid, lăsând în urmă un univers gol, însă acest lucru nu s-a întâmplat. Universul este acum total dominat de materie, în timp ce antimateria a dispărut. Se crede că există o diferență necunoscută între particulele fundamentale și antiparticulele lor corespunzătoare, care ar fi putut duce la supraviețuirea materiei în timp ce antimateria a fost eliminată ducând la asimetria materie-antimaterie.

Conform simetriei CPT (Charge, Parity, and Time Revers), care face parte din modelul standard al fizicii particulelor, proprietățile de bază ale particulelor ar trebui să fie egale și parțial opuse cu cele ale antiparticulelor corespunzătoare. Măsurătorile experimentale de înaltă precizie ale diferențelor în proprietățile de bază (cum ar fi mase, sarcini, durate de viață sau momente magnetice) ale particulelor și antiparticulelor corespunzătoare acestora pot fi de ajutor în înțelegerea asimetriei materie-antimaterie. Acesta este contextul CERN'S Barion Experiment de simetrie antibarionică (BASE).

Experimentul BASE a fost conceput pentru a investiga simetria Proton Antiproton prin efectuarea de măsurători de înaltă precizie ale proprietăților (cum ar fi momentul magnetic intrinsec) ale antiprotonilor cu o precizie fracțională, în ordinea părții pe miliard. Următorul pas este compararea acestor măsurători cu valorile corespunzătoare pentru protoni. Pentru momentul magnetic intrinsec, întregul proces se bazează pe măsurători ale frecvenței Larmor și ale frecvenței ciclotronului.

În prezent, Deceleratorul Antiproton (AD) al CERN este singura instalație în care antiprotonii sunt produși și stocați în mod obișnuit. Acești antiprotoni trebuie să fie studiați aici, la instalația CERN, dar fluctuațiile câmpului magnetic generate de accelerator la locul respectiv limitează precizia măsurătorilor proprietăților antiprotonilor. Prin urmare, imperativul de a transporta antiprotonii produși la AD la laboratoare din alte locații. Dar antimateria nu este ușor de tratat, deoarece se anihilează rapid la intrarea în contact cu materia. În prezent, nu există o tehnologie adecvată pentru a transporta antiprotonii în laboratoare din alte locații pentru ca cercetătorii să efectueze studii de înaltă precizie. BASE-STEP (Symmetry Tests in Experiments with Portable antiprotons) este un pas înainte în această direcție.

BASE-STEP este un dispozitiv relativ compact conceput pentru a stoca și transporta antiprotoni de la instalația CERN la laboratoare din alte locații pentru studii de înaltă precizie ale antimateriei. Este un subproiect al BASE, cântărește aproximativ o tonă și este de aproximativ cinci ori mai mic decât experimentul original de ESB.

La 24 octombrie 2024, BASE-STEP a efectuat o demonstrație de succes a tehnologiei folosind protoni prinși ca substitut pentru antiprotoni. Acesta a transportat un nor de 70 de protoni la nivel local într-un camion. Acesta a fost primul exemplu de transport al particulelor libere într-o capcană reutilizabilă și o piatră importantă pentru crearea unui serviciu de livrare de antiprotoni pentru experimentele din alte laboratoare. Cu o oarecare rafinare a procedurilor, transportul antiprotonului este planificat în 2025.

PUMA (antiProton Unstable Matter Annihilation) este un alt experiment de natură similară, dar care vizează un obiectiv diferit. La fel ca BASE-STEP, PUMA implică, de asemenea, pregătirea unei capcane transportabile pentru a muta antiprotonii din sala Antiproton Decelerator (AD) a CERN la instalația ISOLDE pentru a fi utilizate în studiul fenomenelor exotice de fizică nucleară.

***

Referinte:

CERN. Știri – Experimentul BASE face un pas mare către antimateria portabilă. Postat pe 25 octombrie 2024. Disponibil la https://home.cern/news/news/experiments/base-experiment-takes-big-step-towards-portable-antimatter

CERN. Raport de proiectare tehnică BASE-STEP. https://cds.cern.ch/record/2756508/files/SPSC-TDR-007.pdf

Smorra C., et al 2023. PASUL DE BAZĂ: Un rezervor antiproton transportabil pentru studiile de interacțiune fundamentală. Rev. Sci. Instrum. 94, 113201. 16 noiembrie 2023. DOI: https://doi.org/10.1063/5.0155492

Aumann, T., Bartmann, W., Boine-Frankenheim, O. şi colab. PUMA, anihilarea materiei instabile antiProton. EURO. Fiz. J. A 58, 88 (2022). DOI: https://doi.org/10.1140/epja/s10050-022-00713-x

***

Articole pe aceeași temă