პროგრესი ანტიპროტონულ ტრანსპორტირებაში

Big Bang-მა წარმოქმნა თანაბარი რაოდენობით მატერია და ანტიმატერია, რომლებმაც უნდა გაანადგურონ ერთმანეთი და დატოვონ ცარიელი სამყარო. თუმცა, მატერია გადარჩა და დომინირებს სამყაროზე, ხოლო ანტიმატერია გაქრა. ითვლება, რომ ნაწილაკებსა და შესაბამის ანტინაწილაკებს შორის ძირითადი თვისებების ზოგიერთი უცნობი განსხვავება შეიძლება იყოს პასუხისმგებელი ამაზე. ანტიპროტონების ფუნდამენტური თვისებების მაღალი სიზუსტით გაზომვას აქვს პოტენციალი გაამდიდროს მატერია-ანტიმატერიის ასიმეტრიის გაგება. ის მოითხოვს ანტიპროტონების მიწოდებას. ამჟამად, CERN-ის ანტიპროტონული დამამშვიდებელი (AD) არის ერთადერთი დაწესებულება, სადაც ანტიპროტონები იწარმოება და ინახება. ამაჩქარებლების მიერ წარმოქმნილი მაგნიტური ველის რყევების გამო შეუძლებელია ანტიპროტონების მაღალი სიზუსტის კვლევების ჩატარება AD-თან ახლოს. აქედან გამომდინარე, ანტიპროტონების ტრანსპორტირება ამ ობიექტიდან სხვა ლაბორატორიებში აუცილებელია. ამ დროისთვის არ არსებობს შესაბამისი ტექნოლოგია. BASE-STEP არის წინ გადადგმული ნაბიჯი ამ მიმართულებით. ეს არის შედარებით კომპაქტური მოწყობილობა, რომელიც შექმნილია ანტიპროტონების შესანახად და ტრანსპორტირებისთვის CERN-ის ობიექტიდან ლაბორატორიებში სხვა ადგილებში ანტიმატერიის მაღალი სიზუსტის შესწავლისთვის. 24 წლის 2024 ოქტომბერს, BASE-STEP-მა ჩაატარა წარმატებული ტექნოლოგიური დემონსტრაცია, ხაფანგში მოხვედრილი პროტონების გამოყენებით, როგორც ანტიპროტონების საყრდენი. მან ადგილობრივად სატვირთო მანქანაში გადაიტანა 70 პროტონის ღრუბელი. ეს იყო ფხვიერი ნაწილაკების ტრანსპორტირების პირველი შემთხვევა მრავალჯერადი გამოყენების ხაფანგში და მნიშვნელოვანი ნაბიჯი სხვა ლაბორატორიებში ექსპერიმენტებისთვის ანტიპროტონული მიწოდების სერვისის შესაქმნელად. პროცედურების გარკვეული დახვეწით, ანტიპროტონების ტრანსპორტირება იგეგმება 2025 წელს.

დასაწყისში დიდმა აფეთქებამ წარმოქმნა მატერიისა და ანტიმატერიის თანაბარი რაოდენობა. ორივე იდენტურია თვისებებით, უბრალოდ მათ აქვთ საპირისპირო მუხტები და მათი მაგნიტური მომენტები შებრუნებულია.

მატერია და ანტიმატერია სწრაფად უნდა განადგურდეს და დატოვოს ცარიელი სამყარო, თუმცა ეს არ მოხდა. სამყაროში ახლა მთლიანად მატერია დომინირებს, ხოლო ანტიმატერია გაქრა. ითვლება, რომ არსებობს გარკვეული უცნობი განსხვავება ფუნდამენტურ ნაწილაკებსა და მათ შესაბამის ანტინაწილაკებს შორის, რამაც შეიძლება გამოიწვიოს მატერიის გადარჩენა, ხოლო ანტიმატერიის აღმოფხვრა, რამაც გამოიწვია მატერია-ანტიმატერიის ასიმეტრია.

CPT (დამუხტვა, პარიტეტი და დროის უკუქცევა) სიმეტრიის მიხედვით, რომელიც ნაწილაკების ფიზიკის სტანდარტული მოდელის ნაწილია, ნაწილაკების ძირითადი თვისებები უნდა იყოს თანაბარი და ნაწილობრივ საპირისპირო მათი შესაბამისი ანტინაწილაკების თვისებების. ნაწილაკებისა და მათი შესაბამისი ანტინაწილაკების ძირითად თვისებებში (როგორიცაა მასები, მუხტები, სიცოცხლის ხანგრძლივობა ან მაგნიტური მომენტები) განსხვავებების მაღალი სიზუსტით ექსპერიმენტული გაზომვები შეიძლება დაგეხმაროთ მატერია-ანტიმატერიის ასიმეტრიის გაგებაში. ეს არის კონტექსტი CERN'S ბარიონი ანტიბარიონის სიმეტრიის ექსპერიმენტი (BASE).

BASE ექსპერიმენტი შექმნილია პროტონული ანტიპროტონული სიმეტრიის გამოსაკვლევად ანტიპროტონების თვისებების (როგორიცაა შინაგანი მაგნიტური მომენტი) მაღალი სიზუსტით გაზომვებით, წილადი სიზუსტით ნაწილ-მილიარდზე რიგით. შემდეგი ნაბიჯი არის ამ გაზომვების შედარება პროტონების შესაბამის მნიშვნელობებთან. შინაგანი მაგნიტური მომენტისთვის, მთელი პროცესი ეფუძნება ლარმორის სიხშირისა და ციკლოტრონის სიხშირის გაზომვებს.

ამჟამად, CERN-ის ანტიპროტონული დამამშვიდებელი (AD) ერთადერთი ობიექტია, სადაც ანტიპროტონები რეგულარულად იწარმოება და ინახება. ეს ანტიპროტონები უნდა იქნას შესწავლილი აქ CERN-ის ობიექტში, თუმცა მაგნიტური ველის რყევები, რომლებიც წარმოიქმნება ამაჩქარებლის მიერ ადგილზე, ზღუდავს ანტიპროტონული თვისებების გაზომვის სიზუსტეს. აქედან გამომდინარე, აუცილებელია AD-ში წარმოებული ანტიპროტონების ტრანსპორტირება ლაბორატორიებში სხვა ადგილებში. მაგრამ ანტიმატერიასთან გამკლავება ადვილი არ არის, რადგან ისინი სწრაფად ანადგურებენ მატერიასთან შეხებისას. ამჟამად, არ არსებობს შესაბამისი ტექნოლოგია ანტიპროტონების გადასატანად ლაბორატორიებში სხვა ადგილებში, რათა მკვლევარებმა ჩაატარონ მაღალი სიზუსტის კვლევები. BASE-STEP (Symmetry Tests in Experiments with Portable Antiprotons) არის წინგადადგმული ნაბიჯი ამ მიმართულებით.

BASE-STEP არის შედარებით კომპაქტური მოწყობილობა, რომელიც შექმნილია ანტიპროტონების შესანახად და ტრანსპორტირებისთვის CERN-ის ობიექტიდან ლაბორატორიებში სხვა ადგილებში ანტიმატერიის მაღალი სიზუსტის შესწავლისთვის. ეს არის BASE-ის ქვეპროექტი, იწონის დაახლოებით ტონას და დაახლოებით ხუთჯერ მცირეა, ვიდრე ორიგინალური BSE ექსპერიმენტი.

24 წლის 2024 ოქტომბერს, BASE-STEP-მა ჩაატარა წარმატებული ტექნოლოგიური დემონსტრაცია, ხაფანგში ჩარჩენილი პროტონების გამოყენებით, როგორც ანტიპროტონების საყრდენი. მან ადგილობრივად სატვირთო მანქანაში გადაიტანა 70 პროტონის ღრუბელი. ეს იყო ფხვიერი ნაწილაკების ტრანსპორტირების პირველი შემთხვევა მრავალჯერადი გამოყენების ხაფანგში და მნიშვნელოვანი ნაბიჯი სხვა ლაბორატორიებში ექსპერიმენტებისთვის ანტიპროტონული მიწოდების სერვისის შესაქმნელად. პროცედურების გარკვეული დახვეწით, ანტიპროტონის ტრანსპორტირება იგეგმება 2025 წელს.

PUMA (ანტიპროტონული არასტაბილური მატერიის განადგურება) არის მსგავსი ხასიათის კიდევ ერთი ექსპერიმენტი, რომელიც მიმართულია სხვადასხვა მიზნისკენ. BASE-STEP-ის მსგავსად, PUMA ასევე მოიცავს ტრანსპორტირებადი ხაფანგის მომზადებას ანტიპროტონების გადასატანად CERN-ის ანტიპროტონული დამამშვიდებელი (AD) დარბაზიდან მის ISOLDE ობიექტში, ეგზოტიკური ბირთვული ფიზიკის ფენომენების შესასწავლად გამოსაყენებლად.

***

წყაროები:

CERN. სიახლე - BASE ექსპერიმენტი გადადგამს დიდ ნაბიჯს პორტატული ანტიმატერიისკენ. გამოქვეყნებულია 25 წლის 2024 ოქტომბერს. ხელმისაწვდომია მისამართზე https://home.cern/news/news/experiments/base-experiment-takes-big-step-towards-portable-antimatter

CERN. BASE-STEP-ის ტექნიკური დიზაინის ანგარიში. https://cds.cern.ch/record/2756508/files/SPSC-TDR-007.pdf

Smorra C., et al 2023. BASE-STEP: ტრანსპორტირებადი ანტიპროტონული რეზერვუარი ფუნდამენტური ურთიერთქმედების კვლევებისთვის. მეუფე მეცნიერ. ინსტრუმენტი. 94, 113201. 16 წლის 2023 ნოემბერი. DOI: https://doi.org/10.1063/5.0155492

Aumann, T., Bartmann, W., Boine-Frankenheim, O. და სხვ. PUMA, ანტიპროტონული არასტაბილური მატერიის განადგურება. ევრ. ფიზ. J. A 58, 88 (2022). DOI: https://doi.org/10.1140/epja/s10050-022-00713-x

***

სხვა სტატიები