Lielais sprādziens radīja vienādus daudzumus matērijas un antimatērijas, kam vajadzēja iznīcināt vienam otru, atstājot aiz sevis tukšu Visumu. Tomēr matērija izdzīvoja un dominē Visumā, kamēr antimatērija izzuda. Tiek uzskatīts, ka par to var būt atbildīgas dažas nezināmas atšķirības starp daļiņām un atbilstošām antidaļiņām. Augstas precizitātes antiprotonu pamatīpašību mērījumiem ir potenciāls bagātināt izpratni par matērijas un antimateriālu asimetriju. Tas prasa antiprotonu piegādi. Pašlaik CERN Antiproton Decelerator (AD) ir vienīgā iekārta, kurā tiek ražoti un uzglabāti antiprotoni. Paātrinātāju radīto magnētiskā lauka svārstību dēļ nav iespējams veikt augstas precizitātes antiprotonu pētījumus AD tuvumā. Tāpēc antiprotonu transportēšana no šīs iekārtas uz citām laboratorijām ir obligāta. Pašlaik nav piemērotas tehnoloģijas, lai to izdarītu. BASE-STEP ir solis uz priekšu šajā virzienā. Tā ir salīdzinoši kompakta ierīce, kas paredzēta antiprotonu uzglabāšanai un transportēšanai no CERN iekārtas uz laboratorijām citās vietās augstas precizitātes antimatērijas pētījumiem. 24. gada 2024. oktobrī BASE-STEP veica veiksmīgu tehnoloģiju demonstrāciju, izmantojot iesprostotos protonus kā antiprotonu rezerves daļu. Tas kravas automašīnā lokāli transportēja 70 protonu mākoni. Šis bija pirmais gadījums, kad irdenas daļiņas tika transportētas atkārtoti lietojamā slazdā un svarīgs atspēriena punkts, lai izveidotu antiprotonu piegādes pakalpojumu eksperimentiem citās laboratorijās. Ar dažiem uzlabojumiem procedūrās antiprotonus plānots transportēt 2025. gadā.
Sākumā Lielais sprādziens radīja vienādu daudzumu vielas un antimatērijas. Abiem ir identiskas īpašības, tikai tiem ir pretēji lādiņi, un to magnētiskie momenti ir apgriezti.
Matērijai un antimatērijai vajadzēja ātri iznīcināties, atstājot aiz sevis tukšu Visumu, tomēr tas nenotika. Visumā tagad pilnībā dominē matērija, kamēr antimatērija pazuda. Tiek uzskatīts, ka pastāv zināma nezināma atšķirība starp fundamentālajām daļiņām un tām atbilstošajām antidaļiņām, kas varētu būt izraisījušas vielas izdzīvošanu, kamēr antimateriāls tika likvidēts, izraisot vielas un antimateriāla asimetriju.
Saskaņā ar CPT (Charge, Parity, and Time reversal) simetriju, kas ir daļa no daļiņu fizikas standarta modeļa, daļiņu pamatīpašībām jābūt vienādām un daļēji pretējām tām atbilstošo antidaļiņu īpašībām. Daļiņu un tām atbilstošo antidaļiņu pamatīpašību (piemēram, masas, lādiņu, kalpošanas laika vai magnētisko momentu) atšķirību augstas precizitātes eksperimentālie mērījumi var palīdzēt izprast matērijas un antimatērijas asimetriju. Šis ir konteksts CERN'S Barions Antibaryon Symmetry Experiment (BASE).
BASE eksperiments ir izstrādāts, lai izpētītu protonu antiprotonu simetriju, veicot augstas precizitātes antiprotonu īpašību (piemēram, iekšējā magnētiskā momenta) mērījumus ar daļēju precizitāti secībā par daļu uz miljardu. Nākamais solis ir šo mērījumu salīdzinājums ar atbilstošajām protonu vērtībām. Attiecībā uz iekšējo magnētisko momentu viss process ir balstīts uz Larmor frekvences un ciklotrona frekvences mērījumiem.
Pašlaik CERN Antiproton Decelerator (AD) ir vienīgā iekārta, kurā regulāri tiek ražoti un uzglabāti antiprotoni. Šie antiprotoni ir jāpēta šeit, CERN iekārtā, tomēr magnētiskā lauka svārstības, ko rada paātrinātājs vietā, ierobežo antiprotonu īpašību mērījumu precizitāti. Līdz ar to AD ražotos antiprotonus obligāti jātransportē uz laboratorijām citās vietās. Bet ar antimateriālu nav viegli tikt galā, jo tie ātri iznīcina, nonākot saskarē ar matēriju. Pašlaik nav piemērotas tehnoloģijas antiprotonu transportēšanai uz laboratorijām citās vietās, lai pētnieki varētu veikt augstas precizitātes pētījumus. BASE-STEP (simetrijas testi eksperimentos ar pārnēsājamiem antiprotoniem) ir solis uz priekšu šajā virzienā.
BASE-STEP ir salīdzinoši kompakta ierīce, kas paredzēta antiprotonu uzglabāšanai un transportēšanai no CERN iekārtas uz laboratorijām citās vietās augstas precizitātes antimatērijas pētījumiem. Tas ir BASE apakšprojekts, sver apmēram tonnu un ir apmēram piecas reizes mazāks nekā sākotnējais GSE eksperiments.
24. gada 2024. oktobrī BASE-STEP veica veiksmīgu tehnoloģiju demonstrāciju, izmantojot notvertos protonus kā antiprotonu rezerves daļu. Tas kravas automašīnā lokāli transportēja 70 protonu mākoni. Šis bija pirmais gadījums, kad irdenas daļiņas tika transportētas atkārtoti lietojamā slazdā un svarīgs atspēriena punkts, lai izveidotu antiprotonu piegādes pakalpojumu eksperimentiem citās laboratorijās. Nelieli pilnveidojot procedūras, antiprotona transportēšana ir plānota 2025. gadā.
PUMA (antiProton Unstable Matter Annihilation) ir vēl viens līdzīga rakstura eksperiments, kura mērķis ir atšķirīgs mērķis. Tāpat kā BASE-STEP, PUMA ietver arī transportējama slazda sagatavošanu, lai pārvietotu antiprotonus no CERN Antiproton Decelerator (AD) zāles uz tās ISOLDE iekārtu, lai to izmantotu eksotisku kodolfizikas parādību pētīšanai.
***
Norādes:
- CERN. Jaunumi – BASE eksperiments sper lielu soli ceļā uz pārnēsājamu antimateriālu. Publicēts 25. gada 2024. oktobrī. Pieejams plkst https://home.cern/news/news/experiments/base-experiment-takes-big-step-towards-portable-antimatter
- CERN. BASE-STEP tehniskā projekta ziņojums. https://cds.cern.ch/record/2756508/files/SPSC-TDR-007.pdf
- Smorra C., et al 2023. BASE-STEP: transportējams antiprotonu rezervuārs fundamentālas mijiedarbības pētījumiem. Rev. Sci. Instrum. 94, 113201. 16. gada 2023. novembris. DOI: https://doi.org/10.1063/5.0155492
- Aumann, T., Bartmann, W., Boine-Frankenheim, O. et al. PUMA, antiProton nestabilās vielas iznīcināšana. Eur. Fizik. J. A 58, 88 (2022). DOI: https://doi.org/10.1140/epja/s10050-022-00713-x
***
Saistītie raksti
- Kāpēc Visumā dominē matērija, nevis antimaterija? Meklējot, kāpēc Visums pastāv (18. gada 2020. aprīlis)
- Visuma matērijas un antimatērijas asimetrijas noslēpuma atklāšana ar neitrīno svārstību eksperimentiem (1 May 2020)
- Daļiņu paātrinātāji, lai pētītu “ļoti agrīnu Visumu”: demonstrēts muona paātrinātājs (31 oktobris 2024)
***
