Антивещество — одна из великих космических загадок, которая озадачивает ученых с тех пор, как его существование было подтверждено в середине XX века. Хотя частицы антивещества имеют ту же массу, что и их материальные аналоги, они имеют противоположный заряд и другие квантовые различия. Это означает, что при встрече вещества и антивещества они оба аннигилируют в огромной вспышке гамма-лучей и нейтрино.

Читай также: Физики синтезировали антиматерию

Это создает впечатляющие субатомные фейерверки, но также поднимает большой вопрос. Согласно стандартной теории образования Вселенной, должны были быть равные части материи и антивещества. Если бы это было так, то либо Вселенная не должна существовать, либо у нас должны быть обширные области космоса, излучающие гамма-лучи, поскольку материя и антивещество смешиваются по краям.

Вместо этого антивещество встречается крайне редко. Что случилось с этим? Ограничен ли он чрезвычайно далекими галактиками, которые мы не можем видеть? Было ли создано так много вещества, что оно уничтожило все антивещество, и теперь Вселенная состоит из остатков? Видно ли какое-либо антивещество из ранней Вселенной или все это образуется в результате взаимодействия с атомами и космическими лучами? Или основная теория ошибочна?

Ответ на эти вопросы многое откроет о природе и истории космоса, поэтому физики очень хотят узнать больше об антивеществе, и в частности об антипротонах, которые почти идентичны протонам, за исключением их заряда. Если есть другие различия, они могут дать важные подсказки.

Читай также: Ради науки: В Сети обсуждают видео с жертвоприношением в ЦЕРН

В ЦЕРНе антипротоны создаются путем запуска пучка протонов из лабораторного синхротрона по металлической мишени. Эти антипротоны обладают большой энергией, около 3500 МэВ, поэтому их необходимо замедлить до медленных или «холодных» антипротонов, 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 машину с антипротонами со сверхнизкой энергией (ELENA), которая использует плазму для замедления антипротонов до 90 кэВ. Это работает, но уничтожается так много антипротонов, что оставшимся потребовались бы тысячи лет, чтобы произвести нанограмм антивещества.

Базовый эксперимент
cern

Читай также: Антиматерию нашли в земном урагане

К сожалению, у фабрики антиматерии ЦЕРНа есть другая проблема. Когда антипротоны созданы и остынут, как их изучать? Магнитная среда на Фабрике слишком шумная для тонких экспериментов, поэтому антипротоны нужно хранить и перемещать в другое помещение. Это сложно, потому что их нельзя просто запихнуть в конверт. Фактически, им нужен контейнер, в котором они ничего не трогают, но который можно легко перемещать.

Для этого Исследовательский совет ЦЕРН дал зеленый свет на разработку варианта двух экспериментов, названных BASE-STEP и PUMA, для создания более стабильных и компактных версий, которые можно использовать для создания оборудования, которое можно транспортировать на небольшом грузовике. . Эти два эксперимента будут объединены, чтобы создать единый блок, в котором один улавливает и высвобождает антипротоны, а другой хранит их.

BASE-STEP — это ловушка Пеннинга внутри отверстия сверхпроводящего магнита, усиленная для транспортировки. Охлаждаемая жидким гелием ловушка использует однородное аксиальное магнитное поле и неоднородное квадрупольное электрическое поле для захвата и высвобождения антипротонов. Звучит просто, но он более шести футов (1,9 м) в длину и весит тонну.

Читай также: Антиматерия оказалась похожей на обычное вещество

Между тем, PUMA представляет собой двухзонную ловушку внутри сверхпроводящего соленоидного магнита весом в одну тонну, который опорожняется до чрезвычайно высокого вакуума и охлаждается до четырех градусов выше абсолютного нуля. Генерируемое поле может удерживать антипротоны, не позволяя им контактировать с веществом в течение длительных периодов времени.

Когда новое устройство хранения будет завершено и введено в эксплуатацию в 2023 году, оно будет использоваться для перемещения антивещества на небольшое расстояние от завода по производству антивещества до центра ISOLDE в ЦЕРНе для изучения экзотической ядерной физики. Помимо сравнения антипротонов и протонов, антивещество также будет использоваться для бомбардировки короткоживущих элементов для определения относительной плотности протонов и нейтронов на поверхности их ядер, что улучшит наше понимание внутренней части нейтронных звезд.

Напомним, ранее сообщалось, что антиматерию нашли в земном урагане.

Хотите знать важные и актуальные новости раньше всех? Подписывайтесь на Bigmir)net в Facebook и Telegram.

magne1906