Ученые ЦЕРН успешно перевезли 92 антипротона в грузовике, не допустив их аннигиляции

Ученые из эксперимента BASE, работающего на базе знаменитой Европейской организации ядерных исследований (CERN), где расположен Большой адронный коллайдер, совершили исторический прорыв. Им впервые в мире удалось успешно транспортировать в грузовике магнитную ловушку, содержащую 92 антипротона, через главную территорию исследовательского центра. Это событие стало критически важной вехой на пути к главной цели проекта — доставке антипротонов, рожденных в CERN, в другие европейские лаборатории для проведения более детальных исследований, которые на самой фабрике антиматерии провести невозможно.

Как пояснил Кристиан Сморра, руководитель проекта BASE-STEP, конечная задача их работы — научиться удерживать антипротоны в ловушке и доставлять их в специализированные лаборатории высокой точности, расположенные как в CERN, так и в университетах Дюссельдорфа, Ганновера и, возможно, в других институтах, где есть возможность выполнять сверхточные измерения свойств антипротонов. По его словам, в прошлом году команда успешно проверила осуществимость проекта на протонах, но нынешнее достижение с антипротонами стало огромным шагом вперед.

Сама идея транспортировки антивещества сопряжена с колоссальными трудностями из-за его фундаментального свойства: при встрече с обычной материей античастицы аннигилируют, то есть уничтожают друг друга, выделяя энергию. Антивещество, впервые постулированное в 1932 году, практически идентично обычной материи, но обладает противоположным электрическим зарядом и обратными магнитными свойствами. Согласно стандартной модели, в момент Большого взрыва должно было образоваться равное количество материи и антиматерии, которые должны были полностью аннигилировать, оставив Вселенную пустой. Однако существование звезд, планет и всего материального мира доказывает, что избыток обычной материи все же сохранился, и физики уже десятилетия пытаются понять причину этого дисбаланса. Изучение антипротонов, которые могут обладать едва заметными отличиями от обычных протонов, — один из ключей к разгадке, но сложность их получения и контроля долгое время сдерживала исследования.

CERN является мировым лидером в производстве, хранении и изучении антипротонов. На его фабрике антиматерии используется система замедлителей — Антипротонный замедлитель (AD) и кольцо ELENA, которые позволяют получать низкоэнергетические антипротоны, более удобные для удержания. Однако именно масштаб и особенности работы гигантского комплекса CERN создают и серьезные ограничения. Как отметил официальный представитель BASE Стефан Ульмер, магнитные поля, генерируемые машинами CERN, создают флуктуации, которые, хотя и в 20 000 раз слабее магнитного поля Земли, все же ограничивают точность измерений. Чтобы выйти на новый уровень понимания фундаментальных свойств антипротонов, эксперимент необходимо буквально вывезти из здания.

Предыдущим рекордным достижением команды стало успешное удержание антивещества в ловушке на протяжении более года. Следующим логичным шагом стала транспортировка. В результате этих усилий была создана портативная ловушка BASE-STEP. Чтобы удерживать антипротоны во взвешенном состоянии в вакууме, не позволяя им соприкоснуться со стенками контейнера и аннигилировать, 1000-килограммовая установка оснащена сверхпроводящим магнитом, охлаждаемым жидким гелием, а также системой резервного питания. Ее уменьшенные размеры позволяют погрузить установку в грузовик и провезти через стандартный лабораторный дверной проем. Критически важно, что устройство спроектировано с учетом выдерживания толчков и вибраций, неизбежных при длительной дорожной перевозке. Представительница CERN Софи Тезаури пояснила, что ловушка должна сохранять содержимое независимо от того, трогается ли грузовик с места, останавливается или резко тормозит.

Хотя в кино и фантастике антивещество часто изображают как источник колоссальных взрывов, исследователи спешат успокоить: 92 антипротона, находившиеся в ловушке, обладают ничтожно малой энергией и не способны вызвать взрыв в случае разгерметизации. Единственный реальный риск при такой транспортировке — это потеря драгоценного антивещества.

Сам тестовый переезд занял около четырех часов, однако путь до первой целевой лаборатории в Университете Генриха Гейне в Дюссельдорфе, где возможно проведение сверхточных измерений, составляет примерно восемь часов. Кристиан Сморра отметил, что для осуществления такой длительной поездки необходимо поддерживать сверхпроводящий магнит при температуре ниже 8,2 градусов Кельвина на протяжении всего пути. Это потребует не только запаса жидкого гелия, но и установки генератора для питания криокулера прямо в грузовике, и сейчас команда изучает такую возможность.

После успешных испытаний ученые признают, что самой сложной задачей впереди остается процедура передачи антипротонов из транспортировочной ловушки непосредственно в экспериментальную установку, не допустив их исчезновения. Тем не менее, успех первых транспортировок вселяет оптимизм в перспективу дальних перевозок к партнерским лабораториям, где, возможно, будут наконец раскрыты тайны «лишней» материи, оставшейся во Вселенной. Готье Амель де Моншено, директор по исследованиям и вычислениям CERN, поздравил коллаборацию BASE с этим впечатляющим достижением, назвав транспортировку антивещества пионерским и амбициозным проектом, и подчеркнул, что сейчас научное сообщество находится лишь в начале захватывающего пути, который позволит глубже понять природу антиматерии.