ЦЕРН затвердив проект з перевезення антиматерії на вантажівках

Науково-дослідна рада ЦЕРН схвалила розробку компактних експериментів BASE-STEP і PUMA, за допомогою яких фізики зможуть перевозити антипротони від місця їх виробництва до інших установок. Як повідомляється в прес-релізі на сайті організації, використовувати транспортування антиматерії на практиці планується вже в 2023 році.

Ще в першій половині минулого століття фізики з'ясували, що у частинок звичної нам матерії є партнери - античастинки, які володіють тими ж масою і спином, але протилежними характеристиками інших взаємодій (наприклад, позитрон - античастиця електрона - несе позитивний заряд тієї ж величини).

На сьогоднішній день вчені виявили античастинки практично у всіх відомих частинок (в деяких випадках частинка і античастиця збігаються), і навіть навчилися штучно синтезувати антиматерію. На фабриці антиматерії в ЦЕРН це відбувається на регулярній основі - для цього дослідники стикають прискорений до високих енергій пучок зі звичайних протонів з мішенню з важких атомів. У результаті народжується безліч вторинних частинок і античастинок, з яких фізики виділяють антипротони.

Однак з точки зору досліджень важливо не тільки отримати антиматерію, а й зберегти її для подальших експериментів - наприклад, щоб вивчати поведінку пов'язаних систем античастинок (антиядер або навіть антиатомів) або детальніше розібратися в відмінностях між речовиною і антивіщістю і зрозуміти, чому спостережуваної у Всесвіті речовини набагато більше, ніж антивіщення. Проблема полягає в тому, що антиматерію постійно оточує звичайна речовина, а при зустрічі зі своєю часткою-партнером античастинки аннігілюють. Щоб запобігти цьому, фізики зберігають антиматерію при високому вакуумі, тобто в дуже розрідженому середовищі, і утримують частинки від зіткнень зі стінками контейнера за допомогою електромагнітних полів.

Тим не менш, навіть якщо античастинки вдалося вберегти від аннігіляції, поблизу місця їх виробництва неможливо розташувати всі необхідні експерименти, а організовувати окремі фабрики антиматерії біля кожної установки занадто витратно. Вирішити цю проблему можна, якщо навчитися транспортувати антиматерію від однієї установки до іншої - про такі плани ЦЕРН заявляв ще в лютому 2018 року (детальніше про це можна дізнатися в нашому блозі).

Для різних експериментальних цілей фізики запропонували два види установок з перевезення антиматерії - BASE-STEP і PUMA. Перша з них - це модифікація вже існуючого експерименту BASE (Baryon Antibaryon Symmetry Experiment), який займається пошуком невідповідності між характеристиками частинок і античастинок. Установка буде утримувати антипротони за допомогою пасток Пеннінга - пристроїв, в яких однорідне магнітне поле обмежує радіальний рух, а квадрупольне електричне поле - поздовжні зміщення. BASE-STEP буде використовувати дві таких пастки: одну для прийому і вивільнення антипротонів, а іншу - для їх зберігання.

Планується також оснастити експеримент автономною охолоджувальною системою на основі рідкого гелію - це дозволить використовувати BASE-STEP, не піклуючись про зовнішнє охолодження протягом декількох годин. У ЦЕРН відзначають, що установка досить компактна для перевезення в невеликій вантажівці: поздовжні та поперечні розміри складуть близько метра, маса - близько однієї тонни.

Мета другого експерименту, PUMA (antiProton Unstable Matter Annihilation), - в тому, щоб доставити антипротони від уповільнювача до установки ISOLDE (Isotope mass Separator On-Line facility), на якій виробляються короткоживучі екзотичні ядра (з числом нейтронів, значно більшим числа) або протонів. Контейнер PUMA довжиною 70 сантиметрів буде утримувати антипротони полем надпровідного магніту у вакуумній камері при температурі близько чотирьох кельвін і тиску 10^-20 бар.

Подібно BASE-STEP, внутрішність установки буде розділена на дві зони: в одній антипротони будуть зберігатися, а в іншій - взаємодіяти з екзотичними ядрами, що дасть можливість збирати експериментальні дані. При цьому намагатися провести такий досвід навпаки, перевозячи ядра від ISOLDE до антипротонів, було б безглуздо - перші дуже нестабільні і розпалися б за час транспортування.

Тепер обидва експерименти схвалені керівництвом ЦЕРН і, ймовірно, будуть розроблені вже в найближчому майбутньому. Введення установок в експлуатацію намічено на 2023 рік.

Тим часом практичні дослідження в галузі антимови не стоять на місці - раніше ми розповідали про те, як фізики охолодили антиводень за допомогою лазера і змусили антиматерію показати хвильові властивості.