Специалисты CERN приступили к созданию контейнера-ловушки, предназначенного для хранения и транспортировки антивещества

Ловушки BASE-STEP и PUMA

Тема ловушек, в которых может храниться антивещество, освещена в научной фантастике достаточно хорошо, достаточно только вспомнить фильм «Ангелы и Демоны». Но в реальной жизни наблюдается совсем иная ситуация с контейнерами и ловушками для антивещества. Все существующие подобные устройства, в первую очередь, предназначены для проведения исследований и представляют собой стационарные установки, способные держать антивещество в целости и сохранности лишь не очень продолжительное время. Но у ученых Европейской организации ядерных исследований имеется насущная необходимость в создании мобильной ловушки, при помощи которой антипротоны могут быть перемещены из одной лаборатории в другую. И недавно ученые приступили к созданию первого опытного образца.

Напомним нашим читателям, что с антивеществом связана одна из самых больших и важных космологических загадок современности. Согласно Стандартной Модели физики элементарных частиц и других существующих теорий, в момент Большого Взрыва сформировалось одинаковое количество материи и антиматерии. Если бы это было на самом деле, то Вселенная, в том виде, в котором мы видим ее сегодня, не могла существовать, вся материя и антиматерия взаимоуничтожилась рано или поздно, аннигилировав вспышкой гамма-излучения и частиц нейтрино.

Однако, все космические объекты, которые мо можем видеть в доступной нам части Вселенной, состоят из обычной материи, а антивещество образуется во время самых высокоэнергетических космических катаклизмов и существует очень короткое время.

И фундаментальный вопрос, о котором упоминалось чуть выше, звучит так — куда же делось все антивещество? Знание ответа на этот вопрос дало бы людям множество новых знаний об устройстве Вселенной, об ее эволюции и прочих вещах. И сейчас физики стараются узнать больше о самых доступных частицах антивещества — антипротонах, которые практические идентичны обычным протонам, за исключением противоположного электрического заряда и некоторых мелких отличий, проявляющихся лишь на квантовом уровне.

Эксперимент BASE

В CERN антипротоны вырабатываются при помощи луча протонов, разогнанного ускорителем Proton Synchrotron, который нацелен на металлическую мишень. Основная масса антипротонов имеет энергию порядка 3 500 МэВ, для дальнейших исследований их специально замедляют или, как говорят физики, охлаждают до энергии в 5.3 МэВ.

Однако, и такого уровня охлаждения антипротонов еще недостаточно для проведения исследований, поэтому на установке Extra Low ENergy Antiproton (ELENA), в которой используется плазма, антипротоны замедляются до энергии в 90 кэВ. Такой подход работает, но при этом разрушается огромное количество антипротонов, а оставшийся поток антивещества настолько мал, что для накопления одного нанограмма потребуется около тысячи лет.

К сожалению, в деле производства антипротонов имеется еще ода большая проблема, после того, как эти антипротоны получены и замедлены, надо приступать к их изучению. Но этого сделать принципиально невозможно в помещении Antimatter Factory, которое пронизано сильными магнитными полями и электромагнитными помехами. Для изучения антипротоны должны быть упакованы в ловушку и отправлены в другую лабораторию с подходящими для исследований условиями.

Для того, чтобы обеспечить сохранность антивещества необходимо исключить его контакт с обычной материей, включая стенки контейнера. Для решения этой проблемы в свое время было организовано два эксперимента BASE-STEP и PUMA, в рамках которых велась разработка стабильной и компактной ловушки антивещества, которая может быть установлена в кузове небольшого грузовика. Один эксперимент решал задачу подачи и извлечения антипротонов из ловушки, а второй — задачу создания самой ловушки.

Маршрут перевозки антивещества

Ловушка BASE-STEP является одной из вариаций ловушки Пеннинга, имеющей магнит со сверхпроводящими обмотками. Эти обмотки охлаждаются жидким гелием, и внутри ловушки создается гомогенное осевое магнитное поле и неоднородное четырехполюсное электрическое поле, комбинация которых позволяет удерживать антипротоны. Структура такой ловушки кажется простой, но на самом деле это установка двухметровой высоты и весом в одну тонну.

Ловушка PUMA является двойной зональной ловушкой, располагающейся в недрах магнита-соленоида со сверхпроводящими обмотками, вес которого также составляет около одной тонны. Внутри этой ловушки поддерживается вакуум высокой чистоты и температура на уровне 4 градусов выше абсолютного нуля. Комбинация условий в недрах этой ловушки позволяет удерживать антипротоны от контакта с обычной материей в течение длительного времени.

Когда сооружение новой ловушки будет закончено, что должно произойти в 2023 году, эта ловушка будет использоваться для транспортировки антивещества от фабрики Antimatter Factory до лаборатории ISOLDE, в которой проводятся исследования, связанные с экзотическими областями физики. Кроме поисков различий между протонами и антипротонами, ученые будут использовать частицы антивещества для бомбардировки ядер нестабильных элементов, пытаться определить удельные соотношения протонов и нейтронов на поверхности ядер атомов и изучать некоторые особенности, связанные со строением нейтронных звезд.

Share Button

Материалы по теме:

Новые измерения радиуса протона подтвердили результаты предыдущих измерений и стали ключом к разгадке тайны 10-летней давности
Новые высокоточные измерения размеров протона показали достоверность результатов, полученных немногим ранее в этом году, и указывают на то, что загадка 10-летней давности, связанная с ...
Ученые CERN приступили к созданию мобильной ловушки для перемещения антиматерии между исследовательскими лабораториями
Известно, что антиматерия - это субстанция, хранение и транспортировка которой сопряжены со многими трудностями из-за того, что она, эта антиматерия, сразу же стремится уничтожить ...
Учеными создан принципиально новый тип магнита, который не должен существовать согласно теории
Обычные магниты состоят из крошечных частичек, магнетизм которых выровнен в одном направлении, за счет чего и создается магнитное поле. Направление магнетизма каждой частицы, магнитного ...
Ученым CERN удалось измерить «красоту» бозона Хиггса
Два года назад ученым Европейской организации ядерных исследований удалось произвести наблюдения распада бозона Хиггса на два прекрасных кварка (H->bb), что ознаменовало переход данного направления ...
Машины-монстры: SVD — новейший кремниевый детектор, способный определять точное местоположение элементарных частиц
24 мая 2018 года, после шести лет упорной работы, международная группа ученых и инженеров практически закончила изготовление нового кремниевого детектора Silicon Vertex Detector (SVD). ...
You can skip to the end and leave a response. Pinging is currently not allowed.

Leave a Reply

Яндекс.Метрика