Ловушка для антиматерии: тайна Вселенной близка к разгадке как никогда

Обычная материя — это все вокруг нас: растения, животные, мы сами, даже планеты и целые галактики.  Антиматерия же похожа на злого двойника обычной материи — каждая частица антиматерии несет заряд, противоположный своему материальному аналогу, а это означает, что если они когда-либо встретятся, они просто уничтожат друг друга всплеском энергии. Естественно, это затрудняет работу с антиматерией. Как можно хранить или транспортировать вещество, которое разрушает все, в чем оно находится?

Установка Antiproton Decelerator (AD) в ЦЕРН — одно из уникальных мест, где производится антиматерия, но она не очень подходит для того, чтобы изучать антивещество, в связи с серьезными магнитными помехами. И вот тут возникает проблема перевозки антиматерии из точки А в точку Б, где ее можно изучать.

Коллаборация BASE (Baryon Antibaryon Symmetry Experiment) разработала новое устройство под названием BASE-STEP, которое может помочь ученым перемещать антиматерию на другие объекты. Ключ к системе — это так называемая ловушка Пеннинга, которая использует электрические и магнитные поля для удержания антипротонов (версия протонов на основе антивещества) от стенок контейнера. Но, конечно, в воздухе тоже есть атомы, поэтому ловушка также хранит их в вакууме. BASE-STEP будет состоять из двух ловушек Пеннинга: первая нужна для приема и высвобождения антипротонов, а вторая, по сути, выступает как резервуар для хранения.

Ловушки Пеннинга уже используются на объектах по производству антивещества, и ранее ЦЕРН показал, что они могут хранить антипротоны в течение более 400 дней — огромное улучшение по сравнению с рекордом в 16 минут, установленным в 2011 году. Но реальной проблемой для ученых стало создание этих устройств в портативном формате.

Для этого ловушки BASE-STEP будут храниться в центре сверхпроводящего магнита мощностью 1 Тесла, что предотвратит помехи от ударов и толчков во время транспортировки. Также предполагается буфер из жидкого гелия, чтобы охлаждать систему в течение нескольких часов без электроэнергии.

Вся установка будет иметь размеры 1,9 x 1,6 x 0,8 м и весить менее 1000 кг. Эти размеры считаются компактными, и они означают, что теоретически ловушку можно погрузить в небольшой грузовик или фургон и перевезти ее из зала AD на другой объект, расположенный в ЦЕРН или в другом месте, чтобы продолжить изучение антиматерии.

Изучение антиматерии может помочь ответить на некоторые из самых важных вопросов физики. Один из них: "Почему Вселенная в том виде, в котором мы ее знаем, не была разрушена миллиарды лет назад?" Согласно теории Большого взрыва, материя и антиматерия должны были быть созданы в равных количествах, но сегодня явно наблюдается дисбаланс в пользу материи. Так что же могло вызвать этот дисбаланс, которому мы фактически обязаны своим существованием?

Объяснения на основе противоположных электрических зарядов тут недостаточно, поэтому ученые исследуют другие потенциальные различия между веществом и антиматерией. И для этого большому количеству исследователей в самых разных местах планеты необходим доступ к загадочной антиматерии. Возможно, BASE-STEP поможет решить этот вопрос.

Сейчас уже приступили к разработке первых компонентов устройства, и команда проекта BASE заявляет, что установка должна быть готова в 2022 году.