Успешная перевозка антиматерии станет важным этапом для физиков: откроет новые перспективы для изучения и поможет человечеству лучше понять фундаментальные процессы, которые формируют нашу реальность.
Аннигиляция нестабильных антипротонов (PUMA) — это небольшой эксперимент по перемещению антипротонов с Антивещественной фабрики ЦЕРНа на лабораторный объект ISOLDE.
Физики из Европейской организации ядерных исследований (ЦЕРН) собираются сделать то, чего ещё никто никогда не делал — перевезти антиматерию. Это будет первая попытка переместить субстанцию, которая является полной противоположностью обычной материи, но крайне нестабильна: при соприкосновении с материей антиматерия моментально уничтожается.
Два научных коллектива хотят воспользоваться этой технологией для разных целей: один — чтобы детальнее изучить антиматерию, другой — исследовать строение ядер.
Антиматерия — одно из самых таинственных явлений во Вселенной. Каждая частица материи имеет своего антипода с противоположным зарядом, например, у протона есть антипротон.
Считается, что в момент Большого взрыва материя и антиматерия образовались в равных количествах, но загадка того, почему Вселенная состоит преимущественно из обычной материи, остаётся одной из главных проблем современной физики. Перевозка антиматерии может привести к новым открытиям, которые помогут пролить свет на эту тайну.
ЦЕРН — единственное место в мире, где удаётся замедлить антиматерию до такой степени, чтобы её можно было уловить и сохранить. Здесь разрабатываются два ключевых проекта: PUMA (antiProton Unstable Matter Annihilation) и BASE-STEP. Команда PUMA планирует перевезти антипротоны в лабораторию, где создаются нестабильные ядра, чтобы изучить их взаимодействие с антиматерией.
В свою очередь, проект BASE-STEP направлен на доставку антипротонов в тихое место, где можно проводить наиболее точные измерения.
Транспортировка антиматерии требует применения передовых технологий. Частицы должны быть заключены в магнитные «сосуды», где они будут храниться при сверхнизких температурах, примерно -269 градусов Цельсия. В этом процессе применяются сверхпроводники и охлаждающие системы, работающие на жидком гелии.
Благодаря высокому вакууму внутри контейнера предотвращается контакт антиматерии с другими частицами. Однако даже малейшее нарушение системы может вызвать аннигиляцию частиц, что делает задачу крайне сложной.
Первый этап перевозки пройдёт на территории кампуса ЦЕРН. Проект BASE-STEP предполагает доставку около тысячи антипротонов в специальном контейнере массой около тонны. Затем команда планирует перевезти их в Университет имени Генриха Гейне в Дюссельдорфе для продолжения экспериментов.
PUMA же нацелена на транспортировку миллиарда антипротонов в лабораторию ISOLDE, где нестабильные ядра будут введены в систему для наблюдения за процессом аннигиляции. Это позволит изучить структуру ядер и, в частности, так называемую «нейтронную оболочку», которую трудно исследовать другими способами.
Оба проекта сталкиваются с многочисленными технологическими трудностями. Например, для реализации PUMA требуется система ловушек массой около 10 тонн, что обуславливает необходимость разработки специального маршрута перевозки. Несмотря на сложности, учёные уверены в успехе.
По словам Александра Обертелли из Технического университета Дармштадта, руководителя проекта PUMA, эта работа «обеспечит доступность использования антиматерии» и откроет доступ к её изучению для большего количества лабораторий.
Изучение антиматерии помогает решить важные задачи в физике. Команда BASE, в состав которой входит проект BASE-STEP, исследует особенности отдельных антипротонов и сравнивает их с протонами, стремясь найти объяснение асимметрии между материей и антиматерией.
По словам члена команды Барбары Марии Латач, эксперименты BASE могут полностью изменить подход к вопросу о том, почему наша Вселенная существует.
В прошлом в США были выкопаны огромные пещеры для проведения исследований нейтрино.