Antiproton retardante en CERNLa antimateria es una sustancia muy frágil (más precisamente, la antimateria). Pero los físicos aprendieron a controlarlo tan bien que ahora, por primera vez en la historia, decidieron arriesgarse y transportar una pequeña cantidad de antiprotones a una distancia de varios cientos de metros.
La antimateria se extrae en el Gran Colisionador de Hadrones, recolectando nubes antiprotón después de que un haz de protones colisiona con un objetivo metálico y ralentiza con precisión las partículas voladoras para que puedan usarse en experimentos posteriores. En este caso, el CERN se está preparando para un experimento sobre la aniquilación de antiprotones
PUMA (aniquilación de materia inestable anti-protón),
escribe la revista
Nature .
Para la aniquilación, es necesario administrar antiprotones desde la "fábrica" al sitio del experimento ISOLDE vecino, que produce núcleos atómicos radiactivos raros. Se desintegran demasiado rápido para ser transportados a alguna parte. Por lo tanto, para el experimento de aniquilación, será necesario transportar con precisión la antimateria.
Equipo en el Laboratorio de Física de Partículas del CERN para la producción de núcleos atómicos radiactivos. Foto: CERNEl experimento tendrá lugar en el laboratorio de física de partículas del CERN. "La antimateria se ha estudiado durante mucho tiempo por sí sola, pero ahora sus propiedades son lo suficientemente conocidas como para comenzar a usarse como una sonda para la materia", dice Alexandre Obertelli, físico de la Universidad Técnica de Darmstadt (Alemania), gerente de proyectos en PUMA.
Para estabilizar una nube de aproximadamente mil millones de antiprotones en el vacío, los científicos usarán una trampa de campos magnéticos y eléctricos. Luego, esta trampa se cargará en un camión y se transportará hasta cientos de metros al sitio del experimento ISOLDE.
La siguiente ilustración muestra cómo se organiza la trampa y cómo ocurrirá la aniquilación en el futuro cuando colisiona con isótopos raros de elementos radiactivos. Como puede ver, la trampa dentro del imán superconductor tiene una longitud de 700 mm, y los isótopos ingresan a través de un tubo con un diámetro de 10 nanómetros. La zona de colisión de los isótopos con un antiprotón está equipada con un detector para detectar partículas voladoras.
Diseño de experimento de PUMA"Llevar antimateria en un camión es casi ciencia ficción", dice Charles Horowitz, un físico nuclear teórico de la Universidad de Indiana en Bloomington. "Esta es una gran idea".
Experimento PUMA
Como está escrito en la
descripción de la subvención europea para el experimento PUMA , se presenta para "estudiar uno de los fenómenos cuánticos más notables en la física nuclear: la aparición de un halo de neutrones y capas de neutrones en núcleos atómicos muy saturados de neutrones. Las capas gruesas de neutrones, que hasta ahora nunca se han fijado en núcleos de masa media, se convertirán en materia de neutrones de laboratorio de baja densidad. También se sabe que la estructura de la envoltura nuclear varía con el número de protones y neutrones. La estructura nuclear de núcleos muy pesados es prácticamente desconocida en Z = 100 y más, y la existencia de nuevos isótopos pesados de larga vida sigue siendo una cuestión abierta. "Este fenómeno fundamental asociado con el desequilibrio de neutrones y protones en núcleos inestables es importante para comprender la naturaleza compleja de los núcleos y los procesos astrofísicos relacionados".
Por ejemplo, un exceso de neutrones en el isótopo de litio-11 crea un halo de neutrones alrededor del núcleo del núcleo e infla su tamaño (ver ilustración).
Se supone que las mismas fuerzas, solo a mayor escala, actúan en las estrellas de neutrones; son estas fuerzas las que crean una capa sólida saturada de neutrones.
Estructura estelar de neutronesLa estructura de los núcleos de las estrellas superdensas sigue siendo un misterio para los científicos. Pero el estudio de las propiedades del halo nuclear en el "microcosmos" de los isótopos radiactivos ayudará a acercarse a la pista en astrofísica.
Entonces, en el marco del experimento PUMA, tales halos de neutrones "suenan" con antiprotones y observan el resultado de la aniquilación. Para hacer esto, la antimateria se llevará al lugar de producción de isótopos. Es cierto que antes de esto, habrá que resolver varios problemas técnicos: es necesario construir equipos para almacenar mil millones de antiprotones durante varias semanas en una trampa a una temperatura de 4 grados por encima del cero absoluto. La tarea es difícil, pero alcanzable. Los científicos esperan comenzar los primeros experimentos sobre la aniquilación de la antimateria con halo de neutrones de núcleos radiactivos en 2022.
Hay suficiente antimateria en el camión para otros experimentos, no solo en el CERN, por lo que existe la posibilidad de que posteriormente la camioneta con antimateria viaje a otras regiones de Europa.
“Tan pronto como puedan tomar mil millones de antiprotones y retenerlos durante varias semanas, se unirán muchos otros experimentos. La gente tendrá nuevas ideas sobre lo que se puede hacer aquí ”, dice el físico antimateria del CERN Chloé Malbrunot. "Creo que realmente abrirá un nuevo campo de investigación".