ЦЕРН работает над способами хранения и транспортировки антиматерии, которые могли бы понравиться вымышленному инженеру "Звездного пути" Скотту. Но не для того, чтобы питать какие-то тайно построенные звездолеты, а как способ лучше изучить антипротоны, узнать больше о них и природе Вселенной. Антиматерия - одна из величайших космических загадок, которая озадачивает ученых с тех пор, как ее существование было подтверждено в середине двадцатого века. Хотя частицы антиматерии имеют ту же массу, что и их материальные аналоги, они имеют противоположный заряд и другие квантовые различия. Это означает, что когда материя и антиматерия встречаются, они оба аннигилируют в огромном взрыве гамма-лучей и нейтрино.
Это создает впечатляющие субатомные фейерверки, но также поднимает большой вопрос. Согласно общепринятой теории образования Вселенной, должно было существовать равное количество материи и антиматерии. Если бы это было так, то либо Вселенная не существовала бы, либо у нас были бы обширные области пространства, испускающие гамма-лучи, поскольку материя и антиматерия смешиваются по краям.
Вместо этого антиматерия встречается крайне редко. Что с ним случилось? Ограничена ли она чрезвычайно далекими галактиками, которые мы не можем видеть? Было ли создано так много материи, что она уничтожила всю антиматерию, и теперь Вселенная состоит из остатков? Видна ли какая-либо антиматерия из ранней Вселенной, или все это образовалось в результате взаимодействия с атомами и космическими лучами? Или основная теория ошибочна?
Ответ на эти вопросы откроет многое о природе и истории космоса, поэтому физики очень хотят узнать больше об антиматерии, и в частности об антипротонах, которые почти идентичны протонам, за исключением их заряда. Если есть другие различия, они могут дать важные подсказки.
В ЦЕРНЕ антипротоны создаются путем стрельбы пучком протонов из лабораторного синхротрона по металлической мишени. Эти антипротоны обладают высокой энергией, около 3500 МэВ, поэтому их нужно замедлить, чтобы они стали медленными или" холодными " антипротонами, прежде чем их можно будет изучать. Это делается в антипротонном замедлителе, который замедляет их до 5,3 МэВ, пропуская пучок антипротонов через тонкий лист металлической фольги.
Однако даже этого недостаточно, поэтому ЦЕРН использует сверхнизкоэнергетическую антипротонную машину (ELENA), которая использует плазму для замедления антипротонов до 90 кэВ. Это работает, но уничтожается так много антипротонов, что оставшимся понадобятся тысячи лет, чтобы произвести нанограммы антиматерии.
К сожалению, у цернской фабрики антивещества есть еще одна проблема. Когда антипротоны создаются и остывают, как их изучать? Магнитная среда на заводе слишком шумная для тонких экспериментов, поэтому антипротоны нужно хранить и переносить в другое помещение. Это трудно, потому что вы не можете просто засунуть их в конверт. На самом деле им нужен контейнер, в котором они ничего не трогают, но который можно легко перемещать.
Для этого Исследовательский совет ЦЕРНА дал зеленый свет на разработку варианта двух экспериментов, названных BASE-STEP и PUMA, для создания более стабильных и компактных версий, которые могут быть использованы для создания оборудования, которое можно перевозить на небольшом грузовике. . Эти два эксперимента будут объединены, чтобы создать единый блок, в котором один захватывает и высвобождает антипротоны, а другой хранит их.
Базовая СТУПЕНЬКА-это ловушка Пеннинга внутри отверстия сверхпроводящего магнита, усиленная для транспортировки. Ловушка с жидким гелием использует однородное осевое магнитное поле и неоднородное квадрупольное электрическое поле для захвата и высвобождения антипротонов. Это звучит просто, но это более шести футов (1,9 м) в длину и весит тонну. Между тем, PUMA-это двухзонная ловушка внутри однотонного сверхпроводящего соленоидного магнита, который опорожняется до чрезвычайно высокого вакуума и охлаждается до четырех градусов выше абсолютного нуля. Генерируемое поле может удерживать антипротоны, предотвращая их контакт с веществом в течение длительного периода времени.
Когда новое запоминающее устройство будет завершено и введено в эксплуатацию в 2023 году, оно будет использоваться для перемещения антиматерии на небольшое расстояние от завода по производству антиматерии до центра ИЗОЛЬДЫ в ЦЕРНЕ для изучения экзотической ядерной физики. Помимо сравнения антипротонов и протонов, антиматерия также будет использоваться для бомбардировки короткоживущих элементов, чтобы определить относительные плотности протонов и нейтронов на поверхности их ядер, что улучшит наше понимание внутренней части нейтронных звезд.
Напомним, что ранее сообщалось, что антиматерия была обнаружена в земном урагане.
