Veliki prasak proizveo je jednake količine materije i antimaterije koje su trebale uništiti jedna drugu ostavljajući iza sebe prazan svemir. Međutim, materija je preživjela i dominira svemirom dok je antimaterija nestala. Smatra se da bi za to mogla biti odgovorna neka nepoznata razlika u osnovnim svojstvima između čestica i odgovarajućih antičestica. Visokoprecizna mjerenja temeljnih svojstava antiprotona mogu obogatiti razumijevanje asimetrije materije i antimaterije. Zahtijeva opskrbu antiprotonima. Trenutačno je CERN-ov Antiproton Decelerator (AD) jedino postrojenje u kojem se proizvode i pohranjuju antiprotoni. Nije moguće provesti visoke precizne studije antiprotona u blizini AD zbog fluktuacija magnetskog polja koje stvaraju akceleratori. Stoga je transport antiprotona iz ovog postrojenja u druge laboratorije imperativ. Trenutačno ne postoji prikladna tehnologija za to. BASE-STEP je korak naprijed u tom smjeru. To je relativno kompaktan uređaj dizajniran za pohranjivanje i transport antiprotona iz CERN-ovog pogona u laboratorije na drugim lokacijama za visokoprecizna istraživanja antimaterije. Dana 24. listopada 2024. BASE-STEP proveo je uspješnu demonstraciju tehnologije koristeći zarobljene protone kao zamjenu za antiprotone. Prevezao je oblak od 70 protona lokalno u kamionu. Ovo je bio prvi primjer transporta slobodnih čestica u zamci za višekratnu upotrebu i važna odskočna daska prema stvaranju usluge dostave antiprotona za eksperimente u drugim laboratorijima. Uz neke dorade u procedurama, antiprotoni se planiraju transportirati 2025. godine.
U početku je Veliki prasak proizveo jednake količine materije i antimaterije. Oba su identična po svojstvima, samo što imaju suprotne naboje i njihovi su magnetski momenti obrnuti.
Materija i antimaterija trebale su se brzo uništiti ostavljajući iza sebe prazan svemir, no to se nije dogodilo. Svemirom sada u potpunosti dominira materija dok je antimaterija nestala. Smatra se da postoji neka nepoznata razlika između osnovnih čestica i njihovih odgovarajućih antičestica koja je mogla dovesti do preživljavanja materije dok je antimaterija eliminirana što dovodi do asimetrije materije i antimaterije.
Prema CPT (Charge, Parity, and Time reversal) simetriji, koja je dio Standardnog modela fizike čestica, osnovna svojstva čestica trebala bi biti jednaka, a djelomično suprotna onima njihovih odgovarajućih antičestica. Eksperimentalna mjerenja visoke preciznosti razlika u osnovnim svojstvima (kao što su mase, naboji, životna vremena ili magnetski momenti) čestica i njihovih odgovarajućih antičestica mogu biti od pomoći u razumijevanju asimetrije materije i antimaterije. Ovo je kontekst CERN'S Baryon Eksperiment antibarionske simetrije (BASE).
Eksperiment BASE osmišljen je za istraživanje protonske antiprotonske simetrije provođenjem visoko preciznih mjerenja svojstava (kao što je intrinzični magnetski moment) antiprotona s frakcijskom preciznošću u redoslijedu dio-po-milijardi. Sljedeći korak je usporedba tih mjerenja s odgovarajućim vrijednostima za protone. Za intrinzični magnetski moment cijeli se proces temelji na mjerenjima Larmorove frekvencije i ciklotronske frekvencije.
Trenutačno je CERN-ov Antiproton Decelerator (AD) jedino postrojenje u kojem se antiprotoni rutinski proizvode i pohranjuju. Ove antiprotone treba proučavati ovdje u CERN-ovom postrojenju, međutim fluktuacije magnetskog polja koje stvara akcelerator na tom mjestu ograničavaju preciznost mjerenja svojstava antiprotona. Stoga je imperativ transporta antiprotona proizvedenih u AD u laboratorije na drugim lokacijama. Ali s antimaterijom nije lako izaći na kraj jer one brzo anihiliraju kada dođu u dodir s materijom. Trenutačno ne postoji prikladna tehnologija za prijenos antiprotona u laboratorije na drugim lokacijama kako bi istraživači mogli provoditi visoko precizne studije. BASE-STEP (Symmetry Tests in Experiments with Portable antiprotons) korak je naprijed u tom smjeru.
BASE-STEP je relativno kompaktan uređaj dizajniran za pohranjivanje i prijenos antiprotona iz CERN-ovog pogona u laboratorije na drugim lokacijama za visokoprecizna istraživanja antimaterije. To je potprojekt BASE, težak je oko tonu i oko pet puta manji od originalnog BSE eksperimenta.
Dana 24. listopada 2024. BASE-STEP proveo je uspješnu demonstraciju tehnologije koristeći zarobljene protone kao zamjenu za antiprotone. Prevezao je oblak od 70 protona lokalno u kamionu. Ovo je bio prvi primjer transporta slobodnih čestica u zamci za višekratnu upotrebu i važna odskočna daska prema stvaranju usluge dostave antiprotona za eksperimente u drugim laboratorijima. Uz određene dorade u procedurama, transport antiprotona planiran je 2025. godine.
PUMA (antiProton Unstable Matter Annihilation) je još jedan eksperiment slične prirode, ali usmjeren na drugačiji cilj. Kao i BASE-STEP, PUMA također uključuje pripremu prenosive zamke za premještanje antiprotona iz CERN-ove dvorane za usporavanje antiprotona (AD) u postrojenje ISOLDE za korištenje u proučavanju egzotičnih fenomena nuklearne fizike.
***
Reference:
- CERN. Vijesti – BASE eksperiment čini veliki korak prema prijenosnoj antimateriji. Objavljeno 25. listopada 2024. Dostupno na https://home.cern/news/news/experiments/base-experiment-takes-big-step-towards-portable-antimatter
- CERN. Izvješće o tehničkom dizajnu BASE-STEP-a. https://cds.cern.ch/record/2756508/files/SPSC-TDR-007.pdf
- Smorra C., et al 2023. BASE-STEP: prenosivi antiprotonski rezervoar za temeljne studije interakcija. Rev. Sci. Instrum. 94, 113201. 16. studenog 2023. DOI: https://doi.org/10.1063/5.0155492
- Aumann, T., Bartmann, W., Boine-Frankenheim, O. i sur. PUMA, antiProton nestabilna anihilacija materije. Eur. Phys. J. A 58, 88 (2022). DOI: https://doi.org/10.1140/epja/s10050-022-00713-x
***
Vezani članci
- Zašto 'materija' dominira svemirom, a ne 'antimaterija'? U potrazi za zašto svemir postoji (18. travnja 2020.)
- Razotkrivanje misterije asimetrije svemira materije i antimaterije s eksperimentima neutrina oscilacija (1 svibnja 2020)
- Sudarači čestica za proučavanje "Vrlo ranog svemira": demonstriran sudarač čestica (31 listopad 2024)
***
