مثبطات البروتون في سيرنالمادة المضادة هي مادة هشة للغاية (بتعبير أدق ، المادة المضادة). لكن الفيزيائيين تعلموا كيفية التحكم فيها جيدًا لدرجة أنهم قرروا الآن ولأول مرة في التاريخ اغتنام فرصة ونقل عدد صغير من البروتونات المضادة لمسافة عدة مئات من الأمتار.
يتم استخراج المادة المضادة في مصادم هادرون الكبير ، حيث تقوم بجمع السحب المضادة للبروتونات بعد تصادم حزمة بروتون مع هدف معدني وإبطاء الجزيئات الطائرة بدقة حتى يمكن استخدامها في التجارب اللاحقة. في هذه الحالة ، تستعد CERN لتجربة حول إبادة مضادات البروتونات
PUMA (مكافحة إبادة المواد غير المستقرة للبروتون) ، كما
كتبت في مجلة
Nature .
للإبادة ، من الضروري توصيل مضادات البروتونات من "المصنع" إلى موقع تجربة ISOLDE المجاورة ، التي تنتج نوى ذرية مشعة نادرة. تتفكك بسرعة كبيرة ليتم نقلها إلى مكان ما. لذلك ، من أجل تجربة الإبادة ، سيكون من الضروري نقل المادة المضادة بدقة.
المعدات الموجودة في مختبر فيزياء الجسيمات CERN لإنتاج النوى المشعة. الصورة: CERNستجري التجربة في مختبر فيزياء الجسيمات CERN. يقول ألكسندر أوبرتيلي ، الفيزيائي في جامعة دارمشتات التقنية (ألمانيا) ، مدير المشروع في PUMA: "لقد تمت دراسة المادة المضادة بمفردها منذ فترة طويلة ، ولكن الآن خصائصها معروفة جيدًا بما يكفي لبدء استخدامها كمسبار للمادة".
لتثبيت سحابة تحتوي على ما يقرب من مليار مضاد بروتون في الفراغ ، سيستخدم العلماء فخًا من المجالات المغناطيسية والكهربائية. ثم سيتم تحميل هذا الفخ على شاحنة - وسيتم نقله لمسافة تصل إلى مئات الأمتار إلى موقع تجربة ISOLDE.
يوضح الرسم التوضيحي أدناه كيفية ترتيب المصيدة وكيف سيحدث الإبادة في المستقبل عندما يتصادم مع نظائر نادرة للعناصر المشعة. كما ترون ، يبلغ طول المصيدة داخل مغناطيس التوصيل الفائق 700 مم ، وتدخله النظائر من خلال أنبوب بقطر 10 نانومتر. تم تجهيز منطقة تصادم النظائر مع مضاد بروتون مع كاشف للكشف عن الجسيمات الطائرة.
تصميم تجربة بومايقول تشارلز هورويتز ، الفيزيائي النووي النظري في جامعة إنديانا في بلومنغتون: "إن حمل المادة المضادة على شاحنة يكاد يكون من الخيال العلمي". "هذه فكرة عظيمة."
تجربة بوما
كما هو مكتوب في
وصف المنحة الأوروبية لتجربة PUMA ، فقد تم طرحها "لدراسة واحدة من أبرز ظواهر الكم في الفيزياء النووية - ظهور هالة نيوترونية وقذائف نيوترونية في نوى ذرية مشبعة جدًا بالنيوترونات. ستصبح الأصداف النيوترونية السميكة ، التي لم يتم إصلاحها حتى الآن في نوى ذات كتلة متوسطة ، مادة نيوترونية مختبرية ذات كثافة منخفضة. من المعروف أيضًا أن هيكل الغلاف النووي يختلف مع عدد البروتونات والنيوترونات. التركيب النووي للنوى الثقيلة جدًا غير معروف عمليًا عند Z = 100 وأكثر ، ولا يزال وجود نظائر ثقيلة جديدة طويلة العمر سؤالًا مفتوحًا. "إن هذه الظاهرة الأساسية المرتبطة بعدم توازن النيوترونات والبروتونات في النوى غير المستقرة مهمة لفهم الطبيعة المعقدة للنويات والعمليات الفيزيائية الفلكية ذات الصلة".
على سبيل المثال ، ينتج عن زيادة النيوترونات في نظير الليثيوم -11 هالة نيوترونية حول قلب النواة وتضخم حجمها (انظر الشكل).
من المفترض أن نفس القوى ، على نطاق أوسع فقط ، تعمل في النجوم النيوترونية - هذه القوى هي التي تخلق قشرة صلبة مشبعة بالنيوترونات.
هيكل النجم النيوترونيهيكل نوى النجوم فائقة الكثافة لا يزال لغزا للعلماء. لكن دراسة خصائص الهالة النووية في "صورة مصغرة" للنظائر المشعة ستساعد على الاقتراب من الدليل في الفيزياء الفلكية.
لذا ، في إطار تجربة PUMA ، مثل هذه الهالات النيوترونية "سليمة" مع البروتونات المضادة والنظر في نتيجة الإبادة. للقيام بذلك ، سيتم جلب المادة المضادة إلى مكان إنتاج النظائر. صحيح ، قبل ذلك ، يجب حل العديد من المشاكل التقنية - يجب بناء المعدات لتخزين مليار مضاد بروتونات لعدة أسابيع في فخ عند درجة حرارة 4 درجات فوق الصفر المطلق. المهمة صعبة ، لكنها قابلة للتحقيق. يتوقع العلماء أن يبدأوا التجارب الأولى على إبادة المادة المضادة بهالة نيوترونية من النوى المشعة في عام 2022.
هناك ما يكفي من المادة المضادة على الشاحنة لإجراء تجارب أخرى ، ليس فقط في CERN ، لذلك هناك احتمال أن تنتقل الشاحنة ذات المادة المضادة لاحقًا إلى مناطق أخرى من أوروبا.
"بمجرد أن يتمكنوا من أخذ مليار مضاد بروتونات والاحتفاظ بها لعدة أسابيع ، ستنضم العديد من التجارب الأخرى. يقول عالم الفيزياء المضادة للمواد CERN Chloé Malbrunot ، إن الناس سيحصلون على أفكار جديدة عما يمكن فعله هنا. "أعتقد أنه سيفتح حقًا مجالًا جديدًا للبحث".