92 CERN antiprotonai atlaikė kelionę

2026 m. kovo 24 d. CERN fizikai nuo laboratorinės infrastruktūros atjungė 850 kilogramų sveriantį aparatą, pakėlė jį ant sunkvežimio ir maždaug pusvalandį vežė po CERN teritoriją Ženevoje. Viduje, elektriniuose ir magnetiniuose laukuose, todėl nesiliesdami su jokiu paviršiumi, buvo gabenami 92 antiprotonai. Sunkvežimiui grįžus ir aparatą vėl prijungus, prietaisai neužfiksavo nė vienos prarastos dalelės. Tuomet komanda su tomis pačiomis dalelėmis dirbo dar daugiau nei mėnesį. Tai buvo pirmasis kontroliuojamas įkalintos antimaterijos gabenimas keliais ir svarbus bandymas, kuriam fizikai rengėsi ne vienus metus.

Kam antimateriją vežti sunkvežimiu?

Antiprotonas — veidrodinis protono atitikmuo: jo masė tokia pati, tačiau krūvis priešingas. Palietęs įprastą medžiagą, jis kartu su ja anihiliuoja. Antiprotono neįmanoma laikyti inde. Vienintelis būdas jį išsaugoti — įkalinti elektromagnetiniuose laukuose, o vienintelė laboratorija, reguliariai gaminanti antiprotonus eksperimentams, yra CERN Antimatter Factory.

Dėl to kyla praktinė problema. CERN — didelis greitintuvų kompleksas. Aplink jį esantys magnetai ir elektros sistemos sukuria kintančius foninius laukus, o eksperimentui BASE reikia fiksuoti itin silpnus dažnio signalus. Foninis triukšmas riboja protonų ir antiprotonų palyginimo tikslumą. Toks palyginimas tikrina vieną svarbiausių fizikos simetrijų — CPT simetriją, pagal kurią dalelės ir jos antidalelės masė turėtų būti vienoda, o magnetinės savybės — vienodo dydžio, bet priešingos krypties.

Tylesnė, nuo greitintuvų keliamo triukšmo apsaugota laboratorija leistų atlikti tikslesnius matavimus. Tačiau antiprotonų ji pati negamina. Todėl siūlomas toks sprendimas: CERN pripildyti nešiojamąją gaudyklę, nuvežti ją į ramesnę vietą ir ten atlikti matavimus. Šiam tikslui skirtas aparatas vadinamas BASE-STEP.

7,5 kilometro per 30 minučių

Gaudyklė veikia derindama superlaidų magnetą, kuris įkrautų dalelių trajektoriją išlenkia į spirales ir neleidžia joms ištrūkti į šonus, su vienas ant kito išdėstytais elektrodais, abiejuose galuose sukuriančiais elektrinius barjerus. Antiprotonai skrieja šios sistemos viduje ir yra joje įkalinti nesiliesdami su paviršiumi. Visa sistema įrengta vakuumo kameroje, kurioje bendradarbiai nurodė, kad likutinio slėgio viršutinė riba buvo gerokai mažesnė už projektinį tikslą, todėl susidūrimai su atsitiktinėmis dujų molekulėmis buvo beveik neįmanomi.

Kovą aparatas buvo vežamas maždaug 7,5 kilometro aplink CERN teritoriją Meyrine. Tyrėjai iš Antimatter Factory išėmė 92 antiprotonus ir įkėlė juos į atvirą transportavimo gaudyklę. Atjungę išorinį elektros tiekimą ir kriogenines linijas, jie kranu perkėlė indą ant sunkvežimio ir išvažiavo. Po 30 minučių sunkvežimis grįžo. Aparatą vėl prijungus, antiprotonai tebebuvo vietoje, o vėliau juos buvo galima valdyti daugiau nei mėnesį.

Visos kelionės metu komanda stebėjo įkalintų dalelių skaičių vadinamuoju vaizdinės srovės aptikimo metodu: skriejančios dalelės elektroduose sukelia silpnus elektros signalus, todėl galima nustatyti, ar gaudyklėje dar yra dalelių, jos neatidarant (CERN žiniasklaidai skirta medžiaga).

Ilgesnis kelias

Rugsėjo 16 d. paskelbtas Nature straipsnis parodė, kad nešiojamoji gaudyklė gali atlaikyti atjungimą, kelio vibraciją ir pakartotinį prijungimą, neprarandant aptinkamo antiprotonų skaičiaus. Iki šio bandymo niekas nebuvo pademonstravęs, kad tai įmanoma padaryti su tikra antimaterija, o ne įprastomis dalelėmis.

Planuojama paskirties vieta — speciali laboratorija Heinrich Heine University Düsseldorf. Kelionė į ją užtruktų nuo aštuonių iki dvylikos valandų, taigi būtų gerokai ilgesnė už ratą CERN teritorijoje. Bendradarbiams teks daug ilgiau išlaikyti autonominių sistemų veikimą ir dar pademonstruoti, kad daleles galima išgauti į priimančiąją gaudyklę kitame kelionės gale. Ar ramesnė laboratorija iš tiesų leis atlikti tikslesnius matavimus, tebėra atviras, nuo transportavimo inžinerijos atskiras klausimas.

Bandymas CERN teritorijoje pademonstravo trumpą ir grįžtamąjį transportavimą, per kurį nebuvo aptikta antiprotonų nuostolių, o po kelionės dalelės toliau saugotos ir valdomos. Jis neparodė, kad antiprotonai gali būti pristatyti į kitą laboratoriją, ir neįrodė, kad matavimų tikslumas pagerės. Eksperimentai, dėl kurių imtasi viso šio projekto, dar laukia ilgesnio kelio ir ilgesnės kelionės.