Антипротонды тасымалдаудағы прогресс  

Үлкен жарылыс тең мөлшерде материя мен антиматерияны шығарды, олар бір-бірін жойып, бос ғаламды қалдыруы керек еді. Дегенмен, антиматерия жойылған кезде материя аман қалды және ғаламда үстемдік етеді. Бұл үшін бөлшектер мен сәйкес антибөлшектердің арасындағы негізгі қасиеттердегі кейбір белгісіз айырмашылықтар жауапты болуы мүмкін деп есептеледі. Антипротондардың іргелі қасиеттерін жоғары дәлдікпен өлшеу материя-антиматерлік ассиметрия туралы түсінікті байытуға мүмкіндік береді. Ол антипротондардың жеткізілуін талап етеді. Қазіргі уақытта CERN антипротонды тежегіші (AD) антипротондар өндірілетін және сақталатын жалғыз қондырғы болып табылады. Үдеткіштер тудыратын магнит өрісінің ауытқуына байланысты АД жанында антипротондарға жоғары дәлдіктегі зерттеулер жүргізу мүмкін емес. Демек, антипротондарды осы мекемеден басқа зертханаларға тасымалдау өте маңызды. Қазіргі уақытта оны жасауға қолайлы технология жоқ. BASE-STEP – бұл бағыттағы алға қадам. Бұл антипротондарды CERN қондырғысынан антиматерияны жоғары дәлдікпен зерттеу үшін басқа орындардағы зертханаларға сақтауға және тасымалдауға арналған салыстырмалы түрде ықшам құрылғы. 24 жылдың 2024 қазанында BASE-STEP антипротондар үшін стенд ретінде ұсталған протондарды қолданатын сәтті технология демонстрациясын өткізді. Ол 70 протоннан тұратын бұлтты жүк көлігімен тасымалдады. Бұл борпылдақ бөлшектерді қайта пайдалануға болатын тұзаққа тасымалдаудың алғашқы данасы және басқа зертханалардағы эксперименттерге антипротонды жеткізу қызметін құру жолындағы маңызды баспалдақ болды. Процедуралардағы кейбір нақтылаулармен антипротондарды тасымалдау 2025 жылы жоспарлануда.  

Бастапқыда Үлкен жарылыс бірдей мөлшерде материя мен антиматерия жасады. Екеуі де қасиеттері бойынша бірдей, тек олардың зарядтары қарама-қарсы, ал магниттік моменттері керісінше.  

Материя мен антиматерия тез жойылып, бос ғаламды қалдыруы керек еді, бірақ бұл болмады. Қазір антиматерия жойылған кезде ғалам толығымен материяның үстемдік етуінде. Бұл іргелі бөлшектер мен олардың сәйкес антибөлшектері арасында кейбір белгісіз айырмашылық бар деп есептеледі, бұл антиматерия жойылған кезде материяның аман қалуына әкелді, бұл зат-антимметрияға әкеледі.  

Бөлшектер физикасының стандартты моделінің бөлігі болып табылатын CPT (заряд, паритет және уақытты өзгерту) симметриясына сәйкес бөлшектердің негізгі қасиеттері олардың сәйкес антибөлшектерінің қасиеттеріне тең және ішінара қарама-қайшы болуы керек. Бөлшектердің және оларға сәйкес антибөлшектердің негізгі қасиеттеріндегі (мысалы, массалар, зарядтар, өмір сүру уақыттары немесе магниттік моменттер) айырмашылықтарын жоғары дәлдіктегі эксперименттік өлшеулер материя-антиматерлік асимметрияны түсінуге көмектесуі мүмкін. Бұл контекст CERNКеліңіздер Барион Антибариондық симметрия эксперименті (BASE).   

BASE эксперименті протонның антипротондық симметриясын антипротондардың қасиеттерін (мысалы, ішкі магниттік момент) бөлшектік дәлдікпен миллиардта бір бөлікке бөлу тәртібімен жоғары дәлдікпен өлшеу арқылы зерттеуге арналған. Келесі қадам - ​​бұл өлшемдерді протондар үшін сәйкес мәндермен салыстыру. Меншікті магниттік момент үшін бүкіл процесс Лармор жиілігі мен циклотрон жиілігін өлшеуге негізделген.     

Қазіргі уақытта CERN антипротонды тежегіші (AD) антипротондарды жүйелі түрде өндіретін және сақтайтын жалғыз қондырғы болып табылады. Бұл антипротондарды осы жерде CERN қондырғысында зерттеу керек, бірақ сайттағы үдеткіш тудыратын магнит өрісінің ауытқуы антипротон қасиеттерін өлшеудің дәлдігін шектейді. Демек, AD-де өндірілген антипротондарды басқа орындардағы зертханаларға тасымалдау қажет. Бірақ антиматериямен күресу оңай емес, өйткені олар затпен жанасқанда тез жойылады. Қазіргі уақытта зерттеушілердің жоғары дәлдіктегі зерттеулер жүргізуі үшін антипротондарды басқа орындардағы зертханаларға тасымалдаудың қолайлы технологиясы жоқ. BASE-STEP (портативті антипротондармен эксперименттердегі симметрия сынақтары) бұл бағыттағы алға қадам болып табылады.  

BASE-STEP – антипротондарды CERN қондырғысынан антиматерияны жоғары дәлдікпен зерттеу үшін басқа орындардағы зертханаларға сақтауға және тасымалдауға арналған салыстырмалы түрде ықшам құрылғы. Бұл BASE қосалқы жобасы, салмағы бір тоннаға жуық және бастапқы BSE тәжірибесінен шамамен бес есе аз.  

24 жылдың 2024 қазанында BASE-STEP антипротондар үшін стенд ретінде ұсталған протондарды қолданатын сәтті технология демонстрациясын өткізді. Ол 70 протоннан тұратын бұлтты жүк көлігімен тасымалдады. Бұл борпылдақ бөлшектерді көп рет пайдалануға болатын тұзаққа тасымалдаудың алғашқы данасы және басқа зертханалардағы эксперименттерге антипротонды жеткізу қызметін құру жолындағы маңызды баспалдақ болды. Процедуралар біршама жетілдіріліп, антипротонды тасымалдау 2025 жылы жоспарлануда.  

PUMA (антипротонды тұрақсыз заттың жойылуы) - ұқсас сипаттағы, бірақ басқа мақсатқа бағытталған тағы бір тәжірибе. BASE-STEP сияқты, PUMA да экзотикалық ядролық физика құбылыстарын зерттеуде пайдалану үшін антипротондарды CERN антипротонды тежегіш (AD) залынан ISOLDE қондырғысына жылжыту үшін тасымалданатын тұзақ дайындауды қамтиды.  

*** 

Әдебиеттер тізімі:  

1. ЦЕРН. Жаңалықтар – BASE эксперименті портативті антиматерияға үлкен қадам жасайды. 25 жылдың 2024 қазанында жарияланған. Қол жетімді https://home.cern/news/news/experiments/base-experiment-takes-big-step-towards-portable-antimatter  

2. ЦЕРН. BASE-STEP техникалық жобалау есебі.  https://cds.cern.ch/record/2756508/files/SPSC-TDR-007.pdf 

3. Smorra C., et al 2023. BASE-STEP: іргелі өзара әрекеттесу зерттеулеріне арналған тасымалданатын антипротон резервуары. Аян ғылым. Құрал. 94, 113201. 16 қараша 2023 ж. DOI: https://doi.org/10.1063/5.0155492 

4. Aumann, T., Bartmann, W., Boine-Frankenheim, O. et al. PUMA, антиПротон тұрақсыз материяның аннигиляциясы. EUR. Физ. J. A 58, 88 (2022). DOI: https://doi.org/10.1140/epja/s10050-022-00713-x 

*** 

Қатысты мақалалар 

• Неліктен «Материя» Әлемде «Антиматер» емес, «Материя» үстемдік етеді? Ғаламның не үшін бар екенін іздеуде (18 сәуір 2020 ж.) 

• Нейтрино тербеліс эксперименттерімен ғаламның материя-антиматерлік ассиметриясының құпиясын ашу (1 мамыр 2020)  

• «Өте ерте ғаламды» зерттеуге арналған бөлшектер коллайдерлері: Муон коллайдері көрсетілді (31 қазан 2024)  

***