Антиматерию впервые вывезут за пределы лаборатории — в фургоне
Физики Европейской организации по ядерным исследованиям (ЦЕРН) готовятся совершить беспрецедентный шаг — транспортировку антиматерии. Это станет первой попыткой переместить вещество, которое является зеркальным отражением обычной материи, но чрезвычайно нестабильно: при контакте с материей антиматерия мгновенно аннигилирует. Две команды ученых намерены использовать эту технологию для различных целей: одна для более точного изучения антиматерии, другая — для изучения ядерных структур.
Антиматерия представляет собой одну из самых загадочных субстанций во Вселенной. У каждой частицы материи есть антипод с противоположным зарядом. Например, у протона есть антипротон. Считается, что в момент Большого взрыва материя и антиматерия были созданы в равных количествах, но почему Вселенная сегодня состоит почти исключительно из обычной материи, остается одной из крупнейших загадок физики. Транспортировка антиматерии может открыть путь к новым открытиям, способным пролить свет на этот вопрос.
ЦЕРН является единственным местом в мире, где удается замедлить антиматерию до скорости, позволяющей ее улавливать и хранить. Именно здесь развиваются два ключевых проекта: PUMA (antiProton Unstable Matter Annihilation) и BASE-STEP. Команда PUMA планирует переместить антипротоны в лабораторию, где создаются нестабильные ядра, чтобы изучить их взаимодействие с антиматерией. BASE-STEP, в свою очередь, стремится доставить антипротоны в место с низким уровнем шума, где можно проводить максимально точные измерения.
Транспортировка антиматерии требует использования сложных технологий. Частицы необходимо удерживать в магнитных «бутылках», где они будут находиться в условиях сверхнизких температур — около 4 кельвинов (-269 градусов Цельсия). Для этого используются сверхпроводящие магниты и системы охлаждения, работающие на жидком гелии. Высокий вакуум внутри контейнера препятствует контакту антиматерии с окружающими частицами. Даже мельчайшее нарушение системы может привести к аннигиляции частиц, делая задачу исключительно сложной.
Первый этап транспортировки пройдет в пределах кампуса ЦЕРН. Проект BASE-STEP планирует доставить около тысячи антипротонов в специальной ловушке весом около тонны. Впоследствии команда рассчитывает переместить их в университет Гейнриха Гейне в Дюссельдорфе для проведения дальнейших экспериментов. PUMA же намерена транспортировать миллиард антипротонов в лабораторию ISOLDE, где нестабильные ядра будут вводиться в систему для наблюдения за процессами аннигиляции. Это позволит изучить структуру ядер и, в частности, так называемую «нейтронную оболочку», которую крайне сложно исследовать другими методами.
Оба проекта сталкиваются с множеством технологических вызовов. Так, для PUMA необходима система ловушек весом около 10 тонн, что требует специально подготовленного маршрута транспортировки. Несмотря на сложность, ученые уверены в успехе. По словам Александра Обертелли из Технического университета Дармштадта, руководителя проекта PUMA, эта работа «демократизирует использование антиматерии», открывая доступ к ее изучению для большего числа лабораторий.
Исследования, связанные с антиматерией, направлены на решение фундаментальных вопросов физики. Команда BASE, частью которой является BASE-STEP, изучает свойства отдельных антипротонов и сравнивает их с протонами, надеясь найти ключ к разгадке тайны асимметрии материи и антиматерии. Как говорит участница проекта Барбара Мария Латач, эксперименты BASE «могут изменить правила игры» в поиске ответа на вопрос, почему наша Вселенная вообще существует.
Ранее в США вырыли гигантские пещеры для проведения опытов с нейтрино.
