En transportabel antiprotonfælde for at låse op for antimateriens hemmeligheder

BASE -samarbejdet hos CERN har sækket mere end én først i antimateriale -forskning. For eksempel, den foretog den første nogensinde mere præcise måling for antimateriale end for stof, det opbevar antimateriale i rekordtid på mere end et år, og den foretog den første laboratoriebaserede søgning efter en interaktion mellem antimateriale og en kandidatpartikel for mørkt stof kaldet axion. Nu, BASE -teamet udvikler en enhed, der kan tage antimaterialeundersøgelse til nye højder - en transportabel antiprotonfælde til at transportere antimateriale produceret i CERN's Antimatter Decelerator (AD) til en anden facilitet på CERN eller andre steder, til målinger med større præcision af antimateriale. Disse målinger kunne afdække forskelle mellem stof og antimateriale.

Big Bang burde have skabt lige store mængder stof og antimateriale, men det nuværende univers består næsten udelukkende af stof, så der må være sket noget for at skabe ubalancen. Standardmodellen for partikelfysik forudsiger en vis forskel mellem stof og antimateriale, men denne forskel er utilstrækkelig til at forklare ubalancen, får forskere til at lede efter andre, endnu usynlige forskelle mellem de to former for stof. Det er præcis, hvad holdene bag BASE og andre eksperimenter ved CERNs AD -hal forsøger at gøre.

GRUNDLAG, i særdeleshed, undersøger egenskaberne af antiprotoner, protonernes antipartikler. Det tager først antiprotoner produceret i AD - det eneste sted i verden, hvor antiprotoner oprettes dagligt - og gemmer dem derefter i en enhed kaldet en Penning -fælde, som holder partiklerne på plads med en kombination af elektriske og magnetiske felter. Næste, BASE fodrer antiprotonerne en efter en i en multi-Penning-trap opsætning for at måle to frekvenser, hvorfra egenskaberne af antiprotoner såsom deres magnetiske moment kan udledes og derefter sammenlignes med protonernes. Disse frekvenser er cyclotronfrekvensen, som beskriver en ladet partikels svingning i et magnetfelt, og Larmor -frekvensen, som beskriver den såkaldte precessionsbevægelse i fælden for partiklens iboende spin.

BASE -teamet har foretaget stadig mere præcise målinger af disse frekvenser, men præcisionen er i sidste ende begrænset af eksterne forstyrrelser i opsætningens magnetfelt. "AD -hallen er ikke den roligste af de magnetiske miljøer, "siger BASE -talsmand Stefan Ulmer." For at få en idé, mit kontor på CERN er 200 gange roligere end AD -hallen, " han siger, smilende.

Derfor BASE -teamets forslag om at lave en transportabel antiprotonfælde til at tage antiprotoner produceret i AD til et måle laboratorium med et roligere magnetisk miljø. Enheden, kaldet BASE-STEP og ledet af BASE-stedfortræder, Christian Smorra, vil bestå af et Penning-trap-system inde i boringen af ​​en superledende magnet, der kan modstå transportrelaterede kræfter. Ud over, det vil have et væske-helium-kølesystem, hvilket gør det muligt at transportere det i flere timer uden behov for elektrisk strøm for at holde det køligt. Penning-trap-systemet vil have en første fælde til at modtage og frigive de antiprotoner, der produceres ved AD, og en anden fælde til opbevaring af antiprotoner.

Den samlede enhed vil være 1,9 meter lang, 0,8 meter bred, 1,6 meter høj og højst 1000 kg i vægt. "Disse kompakte dimensioner og vægt betyder, at vi i princippet kunne indlæse fælden i en lille lastbil eller varevogn og transportere den fra AD -hallen til en anden facilitet placeret på CERN eller andre steder, for at fremme vores forståelse af antimateriale, "siger Smorra, der modtog et European Research Council Starting Grant til at gennemføre projektet.

BASE -teamet er begyndt at udvikle enhedens første komponenter og forventer at fuldføre det i 2022, afventende beslutninger og godkendelser. Følg med for mere udvikling.