CERN akan mengendarai antimateri di truk untuk percobaan pemusnahan

Antiproton retardant di CERN

Antimateri adalah zat yang sangat rapuh (lebih tepatnya, antimateri). Tetapi fisikawan belajar bagaimana mengendalikannya dengan baik sehingga sekarang untuk pertama kalinya dalam sejarah mereka memutuskan untuk mengambil kesempatan dan membawa sejumlah kecil antiproton ke jarak beberapa ratus meter.

Antimateri ditambang di Large Hadron Collider, mengumpulkan awan antiproton setelah sinar proton bertabrakan dengan target logam dan secara akurat memperlambat partikel terbang sehingga mereka dapat digunakan dalam percobaan berikutnya. Dalam hal ini, CERN sedang mempersiapkan percobaan untuk penghancuran antiproton PUMA (anti-Proton Unstable Matter Annihilation), tulis jurnal Nature .

Untuk penghancuran, perlu untuk mengirimkan antiproton dari "pabrik" ke lokasi percobaan ISOLDE yang berdekatan, yang menghasilkan inti atom radioaktif yang langka. Mereka hancur terlalu cepat untuk diangkut ke suatu tempat. Oleh karena itu, untuk percobaan penghancuran, perlu untuk memindahkan antimateri secara tepat.


Peralatan di Laboratorium Fisika Partikel CERN untuk produksi inti atom radioaktif. Foto: CERN

Percobaan akan berlangsung di laboratorium fisika partikel CERN. "Antimateri telah lama dipelajari sendiri, tetapi sekarang sifat-sifatnya cukup terkenal untuk mulai digunakan sebagai penyelidikan untuk materi," kata Alexandre Obertelli, fisikawan di Technical University of Darmstadt (Jerman), manajer proyek di PUMA.

Untuk menstabilkan awan sekitar 1 miliar antiproton dalam ruang hampa, para ilmuwan akan menggunakan perangkap dari medan magnet dan listrik. Kemudian jebakan ini akan dimuat ke truk - dan diangkut sejauh ratusan meter ke lokasi percobaan ISOLDE.

Ilustrasi di bawah ini menunjukkan bagaimana perangkap diatur dan bagaimana pemusnahan akan terjadi di masa depan ketika ia bertabrakan dengan isotop unsur radioaktif yang langka. Seperti yang Anda lihat, jebakan di dalam magnet superkonduktor memiliki panjang 700 mm, dan isotop masuk melalui tabung dengan diameter 10 nanometer. Zona tumbukan isotop dengan antiproton dilengkapi dengan detektor untuk mendeteksi partikel terbang.


Desain Eksperimen PUMA

"Membawa antimateri di atas truk hampir merupakan fiksi ilmiah," kata Charles Horowitz, seorang ahli fisika nuklir teoretis di Universitas Indiana di Bloomington. "Ini ide yang bagus."

Eksperimen PUMA

Seperti yang tertulis dalam deskripsi hibah Eropa untuk percobaan PUMA , ia disiapkan untuk "mempelajari salah satu fenomena kuantum yang paling luar biasa dalam fisika nuklir - munculnya neutron halo dan kulit neutron dalam inti atom yang sangat jenuh dengan neutron. Cangkang neutron tebal, yang sampai sekarang belum pernah difiksasi dalam inti massa sedang, akan menjadi materi neutron laboratorium dengan kepadatan rendah. Diketahui juga bahwa struktur amplop nuklir bervariasi dengan jumlah proton dan neutron. Struktur nuklir dari inti yang sangat berat secara praktis tidak diketahui pada Z = 100 dan lebih, dan keberadaan isotop berat berumur panjang masih merupakan pertanyaan terbuka. "Fenomena mendasar ini terkait dengan ketidakseimbangan neutron dan proton dalam inti yang tidak stabil adalah penting untuk memahami sifat kompleks dari inti dan proses astrofisika terkait."

Sebagai contoh, kelebihan neutron dalam isotop lithium-11 menciptakan halo neutron di sekitar inti nukleus dan mengembang ukurannya (lihat ilustrasi).



Diasumsikan bahwa gaya yang sama, hanya dalam skala yang lebih besar, bekerja pada bintang-bintang neutron - gaya-gaya inilah yang menciptakan cangkang padat jenuh-neutron.


Struktur bintang neutron

Struktur inti bintang superdense masih menjadi misteri bagi para ilmuwan. Tetapi studi tentang sifat halo nuklir dalam "mikrokosmos" isotop radioaktif akan membantu untuk mendekati petunjuk dalam astrofisika.

Jadi, dalam kerangka percobaan PUMA, lingkaran cahaya neutron seperti "suara" dengan antiproton dan lihat hasil penghancuran. Untuk melakukan ini, antimateri akan dibawa ke tempat produksi isotop. Benar, sebelum ini, beberapa masalah teknis harus dipecahkan - peralatan perlu dibangun untuk menyimpan satu miliar antiproton selama beberapa minggu dalam perangkap pada suhu 4 derajat di atas nol mutlak. Tugas itu sulit, tetapi dapat dicapai. Para ilmuwan berharap untuk memulai percobaan pertama pada penghancuran antimateri dengan halo neutron dari inti radioaktif pada tahun 2022.

Ada cukup antimateri di truk untuk eksperimen lain, tidak hanya di CERN, jadi ada kemungkinan bahwa van dengan antimateri akan melakukan perjalanan ke wilayah lain di Eropa.

“Begitu mereka dapat mengambil satu miliar antiproton dan menahannya selama beberapa minggu, maka banyak eksperimen lain akan bergabung. Orang-orang akan memiliki ide-ide baru untuk apa yang dapat dilakukan di sini, ”kata ahli fisika antimateri CERN, Chloé Malbrunot. "Saya pikir itu benar-benar akan membuka bidang penelitian baru."