Антипротонду ташуудагы прогресс

Биг Бенг бирдей көлөмдөгү материя менен антиматерияны чыгарды, алар бири-бирин жок кылышы керек болчу, алар бош бир ааламды калтырышат. Бирок, антиматерия жок болгон учурда, материя сакталып, ааламда үстөмдүк кылууда. Бул бөлүкчөлөр жана тиешелүү антибөлүкчөлөр ортосундагы негизги касиеттери кээ бир белгисиз айырмачылык бул үчүн жооптуу болушу мүмкүн деп ойлошот. Антипротондордун негизги касиеттерин жогорку тактык менен өлчөө материя-антимметрияны түшүнүүнү байытууга мүмкүнчүлүк берет. Бул антипротондор менен камсыз кылууну талап кылат. Учурда CERNдин Антипротондук басаңдаткычы (AD) антипротондор өндүрүлгөн жана сакталган жалгыз мекеме. Тездеткичтер пайда кылган магнит талаасынын термелүүсүнөн улам АДга жакын антипротондорго жогорку тактыктагы изилдөөлөрдү жүргүзүү мүмкүн эмес. Демек, антипротондорду бул мекемеден башка лабораторияларга ташуу зарыл. Азыркы учурда бул үчүн ылайыктуу технология жок. BASE-STEP бул багыттагы алдыга кадам болуп саналат. Бул антизаттарды жогорку тактыкта изилдөө үчүн CERN мекемесинен башка жерлердеги лабораторияларга антипротондорду сактоо жана ташуу үчүн арналган салыштырмалуу компакттуу түзүлүш. 24-жылдын 2024-октябрында BASE-STEP антипротондор үчүн стенд катары камалган протондорду колдонуу менен ийгиликтүү технологиялык демонстрация өткөрдү. Ал жүк ташуучу унаада 70 протондон турган булутту ташыган. Бул көп жолу колдонулуучу капканга борпоң бөлүкчөлөрдү ташуунун биринчи учуру жана башка лабораториялардагы эксперименттерге антипротонду жеткирүү кызматын түзүүгө карай маанилүү кадам болду. Процедуралардагы кээ бир өркүндөтүүлөр менен антипротондорду 2025-жылы ташуу пландаштырылууда.

Башында Биг Бенг бирдей өлчөмдөгү зат менен антиматерияны чыгарган. Экөө тең касиеттери боюнча бирдей, болгону алардын карама-каршы заряддары бар жана магниттик моменттери тескери.

Зат менен антиматерия тез эле жок болуп, бош бир ааламды калтырышы керек болчу, бирок андай болгон жок. Ааламда азыр толугу менен материя үстөмдүк кылып, антиматерия жок болуп кеткен. Бул негизги бөлүкчөлөр менен алардын тиешелүү антибөлүкчөлөрүнүн ортосунда кандайдыр бир белгисиз айырма бар деп ойлошот, алар заттын аман калышына алып келген, ал эми антиматерия жок кылынган, ал эми зат-антиматериялык асимметрияга алып келген.

Бөлүкчөлөр физикасынын Стандарттык моделинин бир бөлүгү болгон CPT (Заряддын, паритеттин жана убакыттын өзгөрүшү) симметриясына ылайык, бөлүкчөлөрдүн негизги касиеттери алардын тиешелүү антибөлүкчөлөрүнүн касиеттерине тең жана жарым-жартылай карама-каршы болушу керек. Бөлүкчөлөрдүн жана алардын тиешелүү антибөлүкчөлөрүнүн негизги касиеттериндеги (мисалы, массалар, заряддар, жашоо убакыттары же магниттик моменттери) айырмасын жогорку тактыктагы эксперименттик өлчөөлөр материя-антиматериялык асимметрияны түшүнүүгө жардам берет. Бул контекст CERN«Кудайдын Барион Antibaryon Symmetry Experiment (BASE).

BASE эксперименти антипротондордун касиеттерин (мисалы, ички магниттик моменти) бөлүкчө тактык менен миллиардга бөлүү тартибинде жогорку тактыкта өлчөө аркылуу протондук антипротондук симметрияны изилдөө үчүн иштелип чыккан. Кийинки кадам - бул өлчөөлөрдү протондор үчүн тиешелүү маанилер менен салыштыруу. Ички магниттик момент үчүн бүт процесс Лармор жыштыгын жана циклотрон жыштыгын өлчөөгө негизделген.

Азыркы учурда, CERNдин Антипротондук басаңдатуучу (AD) антипротондор үзгүлтүксүз өндүрүлүп, сакталган жалгыз мекеме. Бул антипротондор бул жерде, CERN мекемесинде изилдениши керек, бирок ошол жердеги акселератор тарабынан пайда болгон магнит талаасынын термелүүсү антипротондун касиеттерин өлчөөнүн тактыгын чектейт. Демек, ADда өндүрүлгөн антипротондорду башка жерлердеги лабораторияларга жеткирүү зарыл. Бирок антиматерия менен күрөшүү оңой эмес, анткени алар затка тийгенде тез эле жок болот. Азыркы учурда изилдөөчүлөр жогорку тактыкта изилдөөлөрдү жүргүзүү үчүн башка жерлердеги лабораторияларга антипротондорду ташуу үчүн ылайыктуу технология жок. BASE-STEP (Көчмө антипротондор менен эксперименттерде симметриялык тесттер) бул багыттагы алдыга кадам.

BASE-STEP — антипротондорду сактоо жана CERN мекемесинен башка жерлердеги лабораторияларга антизаттарды жогорку тактык менен изилдөө үчүн арналган салыштырмалуу компакттуу түзүлүш. Бул BASEнин чакан долбоору, салмагы бир тоннага жакын жана баштапкы BSE экспериментинен беш эсе кичине.

24-жылдын 2024-октябрында BASE-STEP антипротондор үчүн стенд катары камалган протондорду колдонуу менен ийгиликтүү технологиялык демонстрация өткөрдү. Ал жүк ташуучу унаада 70 протондон турган булутту ташыган. Бул көп жолу колдонулуучу капканга борпоң бөлүкчөлөрдү ташуунун биринчи учуру жана башка лабораториялардагы эксперименттерге антипротонду жеткирүү кызматын түзүүгө карай маанилүү кадам болду. Процедураларды бир аз өркүндөтүү менен антипротонду ташуу 2025-жылы пландалууда.

PUMA (антиПротон туруксуз заттын жок кылынышы) дагы окшош мүнөздөгү эксперимент, бирок башка максатка багытталган. BASE-STEP сыяктуу, PUMA да экзотикалык ядролук физиканын кубулуштарын изилдөөдө колдонуу үчүн антипротондорду CERNдин Антипротон басаңдатуучу (AD) залынан ISOLDE мекемесине жылдыруу үчүн ташылуучу капканды даярдоону камтыйт.

***

Колдонулган адабияттар:

ЦЕРН. Жаңылыктар – BASE эксперименти көчмө антиматерияга чоң кадам таштады. 25-жылдын 2024-октябрында жайгаштырылган. Бул даректе жеткиликтүү https://home.cern/news/news/experiments/base-experiment-takes-big-step-towards-portable-antimatter

ЦЕРН. BASE-STEPтин техникалык долбоорлоо отчету. https://cds.cern.ch/record/2756508/files/SPSC-TDR-007.pdf

Smorra C., et al. 2023. BASE-STEP: Фундаменталдуу өз ара аракеттенүүнү изилдөө үчүн транспорттук антипротондук резервуар. Rev. Sci. Instrum. 94, 113201. 16-ноябрь 2023-жыл. DOI: https://doi.org/10.1063/5.0155492

Aumann, T., Bartmann, W., Boine-Frankenheim, O. et al. PUMA, антиПротон туруксуз затты жок кылуу. евро. Физ. J. A 58, 88 (2022). DOI: https://doi.org/10.1140/epja/s10050-022-00713-x

***

Тектеш макалалар