歐洲核子研究中心正開發一種可運輸的反質子阱


歐洲核子研究中心正開發一種可運輸的反質子阱

歐洲核子研究中心正開發一種可運輸的反質子阱

歐洲核子研究中心的“重子反重子對稱實驗項目”(BASE)正在開發一種可運輸的反質子阱,以對反物質的特性進行更高精度的測量。

BASE在反物質研究方面取得了多個世界第一。例如,它首次對反物質進行了比物質更精確的測量;它將反物質保存了一年多的時間,並首次在實驗室中尋找反物質與暗物質的候選粒子--軸子之間的相互作用。


歐洲核子研究中心正開發一種可運輸的反質子阱

可運輸反質子阱的結構

現在,BASE團隊正在開發一種裝置,可以將反物質研究推向新的高度:這是一種可運輸的反質子阱,將歐洲核子研究中心反物質減速器(AD)產生的反物質運送到歐洲核子研究中心的另一個設施或其他地方,進行更高精度的反物質測量。這些測量可以發現物質和反物質之間的差異。

宇宙大爆炸應該創造了等量的物質和反物質,然而現今的宇宙幾乎全部由物質構成,所以一定發生了什麼事情,造成了這種比例的不平衡。粒子物理學標準模型預言物質和反物質之間存在一定的差異,但這種差異不足以解釋這種不平衡,這促使研究人員尋找這兩種物質形式之間其他尚未發現的差異。

這正是歐洲核子研究中心BASE項目和其它實驗團隊所要做的事情。


歐洲核子研究中心正開發一種可運輸的反質子阱

彭寧離子阱

BASE團隊研究反質子(質子的反粒子)的特性。它首先將反物質減速器產生反質子,然後將它們儲存在一個叫做"彭寧離子阱"的裝置中,該裝置通過電場和磁場的組合將粒子固定在原地。接下來,BASE將反質子一個接一個地送入彭寧離子阱裝置中,以測量兩個頻率,從中可以推斷出反質子的特性,如其磁矩,然後與質子的特性進行比較。這兩個頻率是迴旋頻率,它描述了帶電粒子在磁場中的振盪,以及拉莫爾頻率,它描述了粒子固有自旋在阱中的所謂預演運動。

BASE團隊一直在對這些頻率進行越來越精確的測量,但其精度最終還是受制於外界對該裝置磁場的干擾。BASE發言人斯蒂芬·烏爾默說:"反物質減速器大廳並不是最平靜的磁場環境。"。

因此,BASE團隊提出製作一個可運輸的反質子阱,將反物質減速器產生的反質子帶到磁環境更平靜的測量實驗室。該裝置名為BASE-STEP,將由一個超導磁體孔內的彭寧離子阱捕集系統組成,可以承受運輸相關的力。此外,它還將有一個液氦冷卻系統,使其能夠在不需要電力保持冷卻的情況下運輸數小時。彭寧離子阱捕集器系統的特點是,第一個捕集器用於接收和釋放反物質減速器產生的反質子,第二個捕集器用於儲存反質子。

整體裝置將長1.9米,寬0.8米,高1.6米,重量最多1000公斤。這些緊湊的尺寸和重量意味著它可以被裝入一輛小型卡車或貨車當中,並將其從歐洲核子研究中心運輸到其它地方,以進一步瞭解反物質。"

BASE團隊已經開始開發該設備的第一個組件,預計在2022年完成。


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