Pažanga antiprotonų transportavimo srityje  

Didysis sprogimas sukūrė vienodus kiekius medžiagos ir antimaterijos, kurios turėjo sunaikinti viena kitą, palikdamos tuščią visatą. Tačiau materija išliko ir dominuoja visatoje, o antimedžiaga išnyko. Manoma, kad dėl to gali lemti kažkoks nežinomas pagrindinių dalelių ir atitinkamų antidalelių savybių skirtumas. Didelio tikslumo pagrindinių antiprotonų savybių matavimai gali pagerinti supratimą apie materijos ir antimedžiagos asimetriją. Tam reikia tiekti antiprotonus. Šiuo metu CERN Antiproton Decelerator (AD) yra vienintelis įrenginys, kuriame gaminami ir saugomi antiprotonai. Neįmanoma atlikti didelio tikslumo antiprotonų netoli AD tyrimų dėl greitintuvų generuojamų magnetinio lauko svyravimų. Taigi antiprotonų gabenimas iš šios patalpos į kitas laboratorijas yra būtinas. Šiuo metu tam nėra tinkamos technologijos. BASE-STEP yra žingsnis į priekį šia kryptimi. Tai gana kompaktiškas įrenginys, skirtas antiprotonams saugoti ir transportuoti iš CERN įrenginio į laboratorijas kitose vietose, kad būtų galima atlikti didelio tikslumo antimedžiagos tyrimus. 24 m. spalio 2024 d. BASE-STEP sėkmingai demonstravo technologiją, naudodama įstrigusius protonus kaip antiprotonų atsargas. Jis vietiniu sunkvežimiu pervežė 70 protonų debesį. Tai buvo pirmasis birių dalelių transportavimo į daugkartinio naudojimo spąstus atvejis ir svarbus žingsnis kuriant antiprotonų pristatymo paslaugą eksperimentams kitose laboratorijose. Patobulinus procedūras, antiprotonus planuojama gabenti 2025 m.  

Pradžioje Didysis sprogimas sukūrė vienodus kiekius medžiagos ir antimedžiagos. Abi savybės yra identiškos, tik turi priešingus krūvius, o jų magnetiniai momentai yra atvirkštiniai.  

Materija ir antimedžiaga turėjo greitai susinaikinti, palikdamos tuščią visatą, tačiau tai neįvyko. Dabar visatoje visiškai dominuoja materija, o antimedžiaga išnyko. Manoma, kad yra tam tikras nežinomas skirtumas tarp pagrindinių dalelių ir jas atitinkančių antidalelių, dėl kurių materija galėjo išlikti, o antimedžiaga buvo pašalinta, todėl atsirado materijos ir antimedžiagos asimetrija.  

Pagal CPT (krūvio, lyginumo ir laiko apvertimo) simetriją, kuri yra dalelių fizikos standartinio modelio dalis, pagrindinės dalelių savybės turėtų būti lygios ir iš dalies priešingos atitinkamoms jų antidalelių savybėms. Didelio tikslumo eksperimentiniai dalelių ir jų atitinkamų antidalelių pagrindinių savybių (tokių kaip masės, krūviai, gyvavimo trukmės ar magnetiniai momentai) skirtumų matavimai gali padėti suprasti materijos ir antimaterijos asimetriją. Tai yra CERN barionų antibarionų simetrijos eksperimento (BASE) kontekstas.

BASE eksperimentas buvo sukurtas siekiant ištirti protonų antiprotonų simetriją, atliekant didelio tikslumo antiprotonų savybių (pvz., vidinio magnetinio momento) matavimus trupmeniniu tikslumu milijardo dalimis. Kitas žingsnis yra šių matavimų palyginimas su atitinkamomis protonų vertėmis. Dėl vidinio magnetinio momento visas procesas yra pagrįstas Larmor dažnio ir ciklotrono dažnio matavimais.     

Šiuo metu CERN Antiproton Decelerator (AD) yra vienintelis įrenginys, kuriame antiprotonai yra reguliariai gaminami ir saugomi. Šiuos antiprotonus reikia ištirti čia, CERN įrenginyje, tačiau greitintuvo generuojami magnetinio lauko svyravimai riboja antiprotoninių savybių matavimų tikslumą. Vadinasi, AD pagamintus antiprotonus būtina transportuoti į laboratorijas kitose vietose. Tačiau su antimedžiaga susidoroti nėra lengva, nes jos greitai sunaikinamos susilietus su medžiaga. Šiuo metu nėra tinkamos technologijos antiprotonams transportuoti į laboratorijas kitose vietose, kad mokslininkai galėtų atlikti didelio tikslumo tyrimus. BASE-STEP (simetrijos testai eksperimentuose su nešiojamaisiais antiprotonais) yra žingsnis į priekį šia kryptimi.  

BASE-STEP yra gana kompaktiškas įrenginys, skirtas antiprotonams saugoti ir transportuoti iš CERN įrenginio į laboratorijas kitose vietose, kad būtų galima atlikti didelio tikslumo antimedžiagos tyrimus. Tai BASE subprojektas, sveria apie toną ir yra maždaug penkis kartus mažesnis už pradinį GSE eksperimentą.  

24 m. spalio 2024 d. BASE-STEP sėkmingai demonstravo technologiją, naudodama įstrigusius protonus kaip antiprotonų atsargas. Jis vietiniu sunkvežimiu pervežė 70 protonų debesį. Tai buvo pirmasis birių dalelių transportavimo į daugkartinio naudojimo spąstus atvejis ir svarbus žingsnis kuriant antiprotonų pristatymo paslaugą eksperimentams kitose laboratorijose. Šiek tiek patobulinus procedūras, antiprotono transportavimas planuojamas 2025 m.  

PUMA (antiProton Unstable Matter Annihilation) yra dar vienas panašaus pobūdžio eksperimentas, kurio tikslas yra kitoks. Kaip ir BASE-STEP, PUMA taip pat apima gabenamųjų spąstų paruošimą, skirtą perkelti antiprotonus iš CERN Antiproton Decelerator (AD) salės į ISOLDE įrenginį, skirtą naudoti egzotiškiems branduolinės fizikos reiškiniams tirti.  

*** 

Nuorodos:  

1. CERN. Naujienos – BASE eksperimentas žengia didelį žingsnį nešiojamos antimedžiagos link. Paskelbta 25 m. spalio 2024 d. Prieinama https://home.cern/news/news/experiments/base-experiment-takes-big-step-towards-portable-antimatter  

2. CERN. BASE-STEP techninio projekto ataskaita.  https://cds.cern.ch/record/2756508/files/SPSC-TDR-007.pdf 

3. Smorra C. ir kt., 2023. BAZINIS ŽINGSNIS: transportuojamas antiprotoninis rezervuaras, skirtas esminių sąveikų tyrimams. Rev. Sci. Instrum. 94, 113201. 16 m. lapkričio 2023 d. DOI: https://doi.org/10.1063/5.0155492 

4. Aumann, T., Bartmann, W., Boine-Frankenheim, O. ir kt. PUMA, antiProton nestabilios medžiagos naikinimas. Eur. Fizik. J. A 58, 88 (2022). DOI: https://doi.org/10.1140/epja/s10050-022-00713-x 

*** 

Susiję straipsniai 

• Kodėl Visatoje dominuoja „medžiaga“, o ne „antimaterija“? Paieškoje, kodėl visata egzistuoja (18 m. Balandžio 2020 d.) 

• Visatos materijos ir antimedžiagos asimetrijos paslapties atskleidimas naudojant neutrinų virpesių eksperimentus (1 gegužės 2020)  

• Dalelių greitintuvai, skirti tirti „labai ankstyvą visatą“: parodytas miuonų greitintuvas (31 m. Spalio 2024 d.)  

***