CERN 92 antiprotoni iztur 7.5 km ceļu

2026. gada 24. martā CERN fiziķi atvienoja 850 kilogramus smagu iekārtu no laboratorijas sistēmām, iekrauja to kravas automobilī un aptuveni pusstundu izvadāja pa Ženēvas pilsētiņu. Iekārtas iekšienē 92 antiprotonus elektriskie un magnētiskie lauki noturēja tā, lai tie nepieskartos nevienai virsmai. Pēc kravas automobiļa atgriešanās un iekārtas atkārtotas pieslēgšanas instrumenti nekonstatēja neviena antiprotona zudumu. Pēc tam komanda ar tām pašām daļiņām turpināja darbu vairāk nekā mēnesi. Tas bija pirmais kontrolētais iesprostotas antimatērijas pārvadājums ar autotransportu, un pārbaude, kurai fiziķi gatavojās gadiem, ir izturēta.

Kāpēc antimatēriju ievietot kravas automobilī?

Antiprotons ir protona antidaļiņa: tam ir tāda pati masa, bet pretējs lādiņš. Ja tas saskaras ar parasto matēriju, abas daļiņas anihilējas. Antiprotonu nevar uzglabāt traukā. Tos var noturēt tikai elektromagnētiskā laukā, un vienīgā iekārta, kas tos regulāri ražo eksperimentiem, ir CERN Antimatter Factory.

Tas rada problēmu. CERN ir noslogots paātrinātāju komplekss. Apkārtējie magnēti un elektriskās sistēmas rada mainīgus fona laukus, bet eksperimentam BASE jāfiksē ārkārtīgi vāji frekvenču signāli. Fona troksnis ierobežo precizitāti, ar kādu komanda var salīdzināt protonus un antiprotonus. Šis salīdzinājums pārbauda vienu no fundamentālākajām fizikas simetrijām — CPT simetriju, kas paredz, ka daļiņai un tās antidaļiņai jābūt vienādai masai un vienādām, bet pretēji vērstām magnētiskajām īpašībām.

Klusāka laboratorija, kas pasargāta no paātrinātāju radītā trokšņa, varētu ļaut veikt precīzākus mērījumus. Taču klusā laboratorijā antiprotonus saražot nevar. Risinājums ir tos aizvest: piepildīt pārnēsājamu slazdu CERN, nogādāt to mierīgākā vietā un mērīt tur. Iekārtu, kas to nodrošina, sauc par BASE-STEP.

7,5 kilometri 30 minūtēs

Slazds darbojas, apvienojot supravadošu magnētu, kas uzlādētās daļiņas liek kustēties spirālē un neļauj tām izkļūt sānis, ar vienu virs otra izvietotiem elektrodiem, kas abos galos veido elektriskus šķēršļus. Antiprotoni riņķo šajā sistēmā un tiek noturēti, tai nepieskaroties. Visa iekārta atrodas vakuumkamerā, kurā sadarbība ziņoja par atlikušo spiedienu, kura augšējā robeža bija krietni zem projektētās vērtības. Tādēļ sadursmes ar nejaušām gāzes molekulām ir ārkārtīgi retas.

Marta pārvadājums aptvēra aptuveni 7,5 kilometrus CERN Meyrin teritorijā. Pētnieki no Antimatter Factory izņēma 92 antiprotonus un ievietoja tos transporta slazdā. Viņi atvienoja ārējo elektroapgādi un kriogēnās līnijas, ar celtni pārvietoja tvertni uz kravas automobili un devās ceļā. Pēc 30 minūtēm kravas automobilis atgriezās. Iekārtu atkal pieslēdza, un antiprotoni joprojām atradās slazdā; ar tiem varēja turpināt darbu vairāk nekā mēnesi.

Brauciena laikā komanda iesprostoto daļiņu skaitu uzraudzīja ar tā dēvēto attēlstrāvas noteikšanas metodi: riņķojošās daļiņas elektrodos rada vājus elektriskus signālus, ļaujot noskaidrot, vai slazdā vēl ir daļiņas, to neatverot (CERN mediju materiāli).

Garākais ceļš

16. septembrī publicētais Nature raksts apliecina, ka pārnēsājamais slazds iztur atvienošanu, brauciena vibrāciju un atkārtotu pieslēgšanu, nezaudējot nevienu konstatējamu antiprotonu. Līdz šim neviens nebija parādījis, ka to iespējams paveikt ar īstu antimatēriju, nevis parastām daļiņām.

Plānotais galamērķis ir īpaši izveidota laboratorija Heinrich Heine University Düsseldorf. Šis brauciens ilgtu astoņas līdz divpadsmit stundas, kas ir daudz ilgāk nekā aplis CERN teritorijā. Sadarbībai būs jānodrošina slazda autonomo sistēmu darbība daudz ilgāku laiku un vēl jādemonstrē daļiņu ievadīšana uztvērējslazdā otrā galā. Tas, vai klusāka laboratorija tiešām ļaus veikt precīzākus mērījumus, ir atsevišķs atklāts jautājums, kas nav saistīts ar pārvadāšanas tehnisko pusi.

CERN teritorijas loks parādīja, ka iesprostotus antiprotonus var aizvest un atvest atpakaļ, nezaudējot nevienu konstatējamu daļiņu, bet pēc tam turpināt tos uzglabāt un kontrolēt. Tas vēl nepierādīja, ka daļiņas var nogādāt citā laboratorijā vai ka mērījumu precizitāte uzlabojas. Šā darba galvenais zinātniskais mērķis būs sasniedzams tikai garāka ceļa un ilgāka brauciena galā.