Vordering in antiprotonvervoer  

Oerknal het gelyke hoeveelhede materie en antimaterie geproduseer wat mekaar moes vernietig het en 'n leë heelal agtergelaat het. Materie het egter oorleef en oorheers die heelal terwyl antimaterie verdwyn het. Daar word gedink dat een of ander onbekende verskil in basiese eienskappe tussen deeltjies en ooreenstemmende teendeeltjies hiervoor verantwoordelik kan wees. Hoë presisie metings van fundamentele eienskappe van antiprotone het potensiaal om begrip van materie-antimaterie asimmetrie te verryk. Dit vereis voorsiening van antiprotone. Tans is CERN se Antiproton Decelerator (AD) die enigste fasiliteit waar antiprotone geproduseer en geberg word. Dit is nie moontlik om hoë-presisiestudies van antiprotone naby AD uit te voer nie as gevolg van magnetiese veldskommelings wat deur versnellers gegenereer word. Daarom is dit 'n noodsaaklikheid om antiprotone vanaf hierdie fasiliteit na ander laboratoriums te vervoer. Tans is daar geen geskikte tegnologie om dit te doen nie. BASE-STEP is 'n stap vorentoe in hierdie rigting. Dit is 'n relatief kompakte toestel wat ontwerp is om antiprotone te berg en te vervoer vanaf CERN-fasiliteit na laboratoriums op ander plekke vir hoë-presisie studies van antimaterie. Op 24 Oktober 2024 het BASE-STEP 'n suksesvolle tegnologiedemonstrasie uitgevoer deur vasgevangde protone as 'n instaanplek vir antiprotone te gebruik. Dit het 'n wolk van 70 protone plaaslik in 'n vragmotor vervoer. Dit was die eerste geval van vervoer van los deeltjies in 'n herbruikbare lokval en 'n belangrike stapsteen in die rigting van die skepping van 'n antiproton-afleweringsdiens na eksperimente by ander laboratoriums. Met 'n paar verfynings in prosedures, word beplan om antiprotone in 2025 vervoer te word.  

In die begin het die Oerknal gelyke hoeveelhede materie en antimaterie geproduseer. Albei is identies in eienskappe, net dat hulle teenoorgestelde ladings het, en hul magnetiese momente is omgekeer.  

Die materie en antimaterie moes vinnig vernietig het en 'n leë heelal agtergelaat het, maar dit het nie gebeur nie. Die heelal word nou totaal deur materie oorheers terwyl antimaterie verdwyn het. Daar word gemeen dat daar 'n onbekende verskil is tussen fundamentele deeltjies en hul ooreenstemmende teendeeltjies wat moontlik gelei het tot oorlewing van materie terwyl antimaterie uitgeskakel is, wat tot materie-antimaterie-asimmetrie gelei het.  

Volgens CPT (Lading, Pariteit en Tyd omkering) simmetrie, wat deel is van die Standaardmodel van deeltjiefisika, moet die basiese eienskappe van deeltjies gelyk en gedeeltelik teenoorgesteld wees aan dié van hul ooreenstemmende antideeltjies. Hoë-presisie eksperimentele metings van verskille in die basiese eienskappe (soos massas, ladings, leeftyd of magnetiese momente) van deeltjies en hul ooreenstemmende antideeltjies kan help om materie-antimaterie asimmetrie te verstaan. Dit is die konteks van CERN se Baryon Antibaryon Simmetrie Eksperiment (BASE).

BASE-eksperiment is ontwerp om Proton Antiproton Simmetrie te ondersoek deur hoë-presisiemetings van eienskappe (soos intrinsieke magnetiese moment) van antiprotone uit te voer met 'n fraksionele presisie in volgorde van deel-per-miljard. Die volgende stap is die vergelyking van hierdie metings met die ooreenstemmende waardes vir protone. Vir intrinsieke magnetiese moment, is die hele proses gebaseer op metings van die Larmor frekwensie en die siklotron frekwensie.     

Tans is CERN se Antiproton Decelerator (AD) die enigste fasiliteit waar antiprotone gereeld geproduseer en geberg word. Hierdie antiprotone moet hier by CERN se fasiliteit bestudeer word, maar die magnetiese veldskommelings wat deur die versneller op die terrein gegenereer word, beperk die akkuraatheid van metings van antiproton eienskappe. Daarom is die noodsaaklikheid om antiprotone wat by AD vervaardig word na laboratoriums op ander plekke te vervoer. Maar antimaterie is nie maklik om te hanteer nie, aangesien hulle vinnig vernietig wanneer hulle met materie in aanraking kom. Tans is daar geen geskikte tegnologie om antiprotone na laboratoriums op ander plekke te vervoer vir navorsers om hoë-presisiestudies uit te voer nie. BASE-STEP (Simmetrietoetse in eksperimente met draagbare antiprotone) is 'n stap vorentoe in hierdie rigting.  

BASE-STEP is 'n relatief kompakte toestel wat ontwerp is om antiprotone te berg en te vervoer vanaf CERN-fasiliteit na laboratoriums op ander plekke vir hoë-presisie studies van antimaterie. Dit is 'n subprojek van BASE, weeg ongeveer 'n ton en is ongeveer vyf keer kleiner as die oorspronklike BSE-eksperiment.  

Op 24 Oktober 2024 het BASE-STEP 'n suksesvolle tegnologiedemonstrasie uitgevoer deur vasgevangde protone as 'n instaanplek vir antiprotone te gebruik. Dit het 'n wolk van 70 protone plaaslik in 'n vragmotor vervoer. Dit was die eerste geval van vervoer van los deeltjies in 'n herbruikbare lokval en 'n belangrike stapsteen in die rigting van die skepping van 'n antiproton-afleweringsdiens na eksperimente by ander laboratoriums. Met 'n mate van verfyning in prosedures, word die vervoer van antiproton in 2025 beplan.  

PUMA (antiProton Unstable Matter Annihilation) is nog 'n eksperiment van soortgelyke aard, maar gemik op 'n ander doelwit. Soos BASE-STEP, behels PUMA ook die voorbereiding van 'n vervoerbare lokval om antiprotone van CERN se Antiproton Decelerator (AD)-saal na sy ISOLDE-fasiliteit te skuif vir gebruik in die studie van eksotiese kernfisika-verskynsels.  

*** 

Verwysings:  

1. CERN. Nuus - BASE-eksperiment neem 'n groot stap na draagbare antimaterie. Geplaas 25 Oktober 2024. Beskikbaar by https://home.cern/news/news/experiments/base-experiment-takes-big-step-towards-portable-antimatter  

2. CERN. Tegniese Ontwerpverslag van BASIS-STAP.  https://cds.cern.ch/record/2756508/files/SPSC-TDR-007.pdf 

3. Smorra C., et al 2023. BASISSTAP: 'n Vervoerbare antiprotonreservoir vir fundamentele interaksiestudies. Eerw. Sci. Instrument. 94, 113201. 16 November 2023. DOI: https://doi.org/10.1063/5.0155492 

4. Aumann, T., Bartmann, W., Boine-Frankenheim, O. et al. PUMA, antiProton onstabiele materie vernietiging. Eur. Fis. J. A 58, 88 (2022). DOI: https://doi.org/10.1140/epja/s10050-022-00713-x 

*** 

Verwante artikels 

• Waarom 'Materie' oorheers die Heelal en nie 'Antimaterie' nie? In Quest of Why Universe Exists (18 April 2020) 

• Onthul die raaisel van materie-antimaterie-asimmetrie van die heelal met neutrino-ossillasie-eksperimente (1 Mei 2020)  

• Deeltjiebotsers vir studie van "Baie vroeë heelal": Muonbotser gedemonstreer (31 Oktober 2024)  

***