Прагрэс у пераносе антыпратонаў

Вялікі выбух стварыў аднолькавую колькасць матэрыі і антыматэрыі, якія павінны былі знішчыць адна адну, пакінуўшы пасля сябе пусты сусвет. Аднак матэрыя выжыла і дамінуе ў Сусвеце, а антыматэрыя знікла. Лічыцца, што прычынай гэтага можа быць нейкая невядомая розніца ў асноўных уласцівасцях часціц і адпаведных антычасціц. Высокадакладныя вымярэнні фундаментальных уласцівасцей антыпратонаў могуць пашырыць разуменне асіметрыі матэрыі і антыматэрыі. Гэта патрабуе паступлення антыпратонаў. У цяперашні час CERN's Antiproton Decelerator (AD) з'яўляецца адзінай устаноўкай, дзе вырабляюцца і захоўваюцца антыпратоны. Немагчыма правесці высокадакладныя даследаванні антыпратонаў каля AD з-за флуктуацый магнітнага поля, якія ствараюцца паскаральнікамі. Такім чынам, транспарціроўка антыпратонаў з гэтага аб'екта ў іншыя лабараторыі з'яўляецца неабходнай. У цяперашні час для гэтага няма падыходных тэхналогій. BASE-STEP - крок наперад у гэтым кірунку. Гэта адносна кампактная прылада, прызначаная для захоўвання і транспарціроўкі антыпратонаў з аб'екта CERN у лабараторыі ў іншых месцах для высокадакладных даследаванняў антыматэрыі. 24 кастрычніка 2024 года кампанія BASE-STEP правяла паспяховую дэманстрацыю тэхналогіі з выкарыстаннем захопленых пратонаў у якасці замены антыпратонаў. Ён транспартаваў воблака з 70 пратонаў лакальна ў грузавіку. Гэта быў першы выпадак транспарціроўкі сыпкіх часціц у шматразовай пастцы і важная прыступка да стварэння службы дастаўкі антыпратонаў для эксперыментаў у іншых лабараторыях. З некаторымі ўдакладненнямі ў працэдурах антыпратоны плануецца перавозіць у 2025 годзе.

У пачатку Вялікага выбуху была створана роўная колькасць матэрыі і антыматэрыі. Абодва аднолькавыя па ўласцівасцях, толькі яны маюць супрацьлеглыя зарады і іх магнітныя моманты перавернуты.

Матэрыя і антыматэрыя павінны былі хутка знішчыць, пакінуўшы пасля сябе пусты сусвет, аднак гэтага не адбылося. Цяпер у Сусвеце цалкам дамінуе матэрыя, а антыматэрыя знікла. Мяркуецца, што існуе нейкая невядомая розніца паміж фундаментальнымі часціцамі і іх адпаведнымі антычасціцамі, якая магла прывесці да выжывання матэрыі, у той час як антыматэрыя была ліквідавана, што прывяло да асіметрыі матэрыя-антыматэрыя.

У адпаведнасці з CPT (Charge, Parity, and Time Reversal) сіметрыяй, якая з'яўляецца часткай Стандартнай мадэлі фізікі часціц, асноўныя ўласцівасці часціц павінны быць аднолькавымі і часткова процілеглымі ўласцівасцям іх адпаведных антычасціц. Высокадакладныя эксперыментальныя вымярэнні адрозненняў у асноўных уласцівасцях (такіх як масы, зарады, час жыцця або магнітныя моманты) часціц і адпаведных ім антычасціц могуць дапамагчы ў разуменні асіметрыі матэрыя-антыматэрыя. Гэта кантэкст CERN'S Барыён Эксперымент антыбарыённай сіметрыі (BASE).

Эксперымент BASE быў распрацаваны для даследавання пратоннай антыпратоннай сіметрыі шляхам правядзення высокадакладных вымярэнняў уласцівасцей (напрыклад, уласнага магнітнага моманту) антыпратонаў з дробнай дакладнасцю ў парадку долі на мільярд. Наступным крокам з'яўляецца параўнанне гэтых вымярэнняў з адпаведнымі значэннямі для пратонаў. Для ўласнага магнітнага моманту ўвесь працэс заснаваны на вымярэннях лармораўскай і цыклатроннай частаты.

У цяперашні час запавольвальнік антыпратонаў (AD) CERN з'яўляецца адзіным аб'ектам, дзе рэгулярна вырабляюцца і захоўваюцца антыпратоны. Гэтыя антыпратоны неабходна вывучаць тут, на аб'екце CERN, аднак ваганні магнітнага поля, якія ствараюцца паскаральнікам на месцы, абмяжоўваюць дакладнасць вымярэнняў уласцівасцей антыпратонаў. Такім чынам, неабходны транспарт антыпратонаў, вырабленых у AD, у лабараторыі ў іншых месцах. Але змагацца з антыматэрыяй няпроста, бо яны хутка анігілююць пры кантакце з матэрыяй. У цяперашні час не існуе падыходнай тэхналогіі для транспарціроўкі антыпратонаў у лабараторыі ў іншых месцах, каб даследчыкі маглі праводзіць высокадакладныя даследаванні. BASE-STEP (Symmetry Tests in Experiments with Portable antiprotons) — крок наперад у гэтым кірунку.

BASE-STEP - гэта адносна кампактная прылада, прызначаная для захоўвання і транспарціроўкі антыпратонаў з аб'екта CERN у лабараторыі ў іншых месцах для высокадакладных даследаванняў антыматэрыі. Гэта падпраект BASE, важыць каля тоны і прыкладна ў пяць разоў менш, чым першапачатковы эксперымент BSE.

24 кастрычніка 2024 г. кампанія BASE-STEP правяла паспяховую дэманстрацыю тэхналогіі з выкарыстаннем захопленых пратонаў у якасці замены антыпратонаў. Ён транспартаваў воблака з 70 пратонаў лакальна ў грузавіку. Гэта быў першы выпадак транспарціроўкі сыпкіх часціц у шматразовай пастцы і важная прыступка да стварэння службы дастаўкі антыпратонаў для эксперыментаў у іншых лабараторыях. З некаторымі ўдакладненнямі ў працэдуры транспарціроўка антыпратона запланавана на 2025 год.

PUMA (antiProton Unstable Matter Annihilation) - яшчэ адзін эксперымент падобнай прыроды, але накіраваны на іншыя мэты. Як і BASE-STEP, PUMA таксама прадугледжвае падрыхтоўку пераноснай пасткі для перамяшчэння антыпратонаў з залы антыпратоннага запавольвальніка (AD) CERN на яго аб'ект ISOLDE для выкарыстання ў вывучэнні экзатычных з'яў ядзернай фізікі.

***

Спасылкі:

ЦЕРН. Навіны – Эксперымент BASE робіць вялікі крок да партатыўнай антыматэрыі. Апублікавана 25 кастрычніка 2024 г. Даступна па адрасе https://home.cern/news/news/experiments/base-experiment-takes-big-step-towards-portable-antimatter

ЦЕРН. Справаздача аб тэхнічным дызайне BASE-STEP. https://cds.cern.ch/record/2756508/files/SPSC-TDR-007.pdf

Smorra C., et al 2023. BASE-STEP: транспартабельны рэзервуар антыпратонаў для фундаментальных даследаванняў узаемадзеяння. вялебны навук. Інструмент. 94, 113201. 16 лістапада 2023 г. DOI: https://doi.org/10.1063/5.0155492

Aumann, T., Bartmann, W., Boine-Frankenheim, O. et al. PUMA, антыпратонная няўстойлівая анігіляцыя матэрыі. еўра фіз. J. A 58, 88 (2022). DOI: https://doi.org/10.1140/epja/s10050-022-00713-x

***

Артыкулы па тэме