Retardador antipróton no CERNA antimatéria é uma substância muito frágil (mais precisamente, antimatéria). Mas os físicos aprenderam a controlá-lo tão bem que agora, pela primeira vez na história, decidiram arriscar-se e transportar um pequeno número de antiprótons a uma distância de várias centenas de metros.
A antimatéria é extraída no Large Hadron Collider, coletando nuvens antiprótons depois que um feixe de prótons colide com um alvo de metal e diminui com precisão as partículas voadoras, para que possam ser usadas em experimentos subsequentes. Nesse caso, o CERN está se preparando para um experimento de aniquilação de antiprótons
PUMA (aniquilação de matéria instável por prótons),
escreve a revista
Nature .
Para a aniquilação, é necessário fornecer antiprótons da “fábrica” para o local do experimento ISOLDE vizinho, que produz núcleos atômicos radioativos raros. Eles se desintegram muito rapidamente para serem transportados para algum lugar. Portanto, para o experimento de aniquilação, será necessário transportar com precisão a antimatéria.
Equipamento no Laboratório de Física de Partículas do CERN para a produção de núcleos atômicos radioativos. Foto: CERNO experimento será realizado no laboratório de física de partículas do CERN. "A antimatéria já foi estudada por muito tempo, mas agora suas propriedades são conhecidas o suficiente para começar a ser usadas como uma sonda", diz Alexandre Obertelli, físico da Universidade Técnica de Darmstadt (Alemanha), gerente de projetos da PUMA.
Para estabilizar uma nuvem de aproximadamente 1 bilhão de antiprótons no vácuo, os cientistas usarão uma armadilha contra campos magnéticos e elétricos. Então essa armadilha será carregada em um caminhão - e transportada até centenas de metros até o local do experimento ISOLDE.
A ilustração abaixo mostra como a armadilha é organizada e como a aniquilação ocorrerá no futuro quando colidir com isótopos raros de elementos radioativos. Como você pode ver, a armadilha dentro do ímã supercondutor tem um comprimento de 700 mm, e os isótopos entram nele através de um tubo com um diâmetro de 10 nanômetros. A zona de colisão de isótopos com um antipróton é equipada com um detector para detectar partículas voadoras.
Design da Experiência PUMA"Transportar antimatéria em um caminhão é quase ficção científica", diz Charles Horowitz, físico nuclear teórico da Universidade de Indiana, em Bloomington. "Essa é uma ótima idéia."
Experimento PUMA
Como está escrito na
descrição da doação européia para o experimento PUMA , é proposto “estudar um dos fenômenos quânticos mais notáveis da física nuclear - o surgimento de um halo de nêutrons e conchas de nêutrons em núcleos atômicos muito saturados com nêutrons. Cascas grossas de nêutrons, que até agora nunca foram fixadas em núcleos de massa média, tornar-se-ão matéria de nêutrons de laboratório de baixa densidade. Sabe-se também que a estrutura do envelope nuclear varia com o número de prótons e nêutrons. A estrutura nuclear de núcleos muito pesados é praticamente desconhecida em Z = 100 e mais, e a existência de novos isótopos pesados de longa duração ainda é uma questão em aberto. "Este fenômeno fundamental associado ao desequilíbrio de nêutrons e prótons em núcleos instáveis é importante para entender a natureza complexa dos núcleos e processos astrofísicos relacionados".
Por exemplo, um excesso de nêutrons no isótopo de lítio-11 cria um halo de nêutrons ao redor do núcleo do núcleo e aumenta seu tamanho (veja a ilustração).
Supõe-se que as mesmas forças, apenas em uma escala maior, agem nas estrelas de nêutrons - são essas forças que criam uma casca sólida saturada com nêutrons.
Estrutura estelar de nêutronsA estrutura dos núcleos de estrelas superdensas ainda é um mistério para os cientistas. Mas o estudo das propriedades do halo nuclear no "microcosmo" dos isótopos radioativos ajudará a abordar a pista na astrofísica.
Assim, na estrutura do experimento PUMA, esses halos de nêutrons “soam” com antiprótons e analisam o resultado da aniquilação. Para isso, a antimatéria será levada ao local de produção de isótopos. É verdade que antes disso, vários problemas técnicos terão que ser resolvidos - é necessário construir um equipamento para armazenar um bilhão de antiprótons por várias semanas em uma armadilha a uma temperatura 4 graus acima do zero absoluto. A tarefa é difícil, mas realizável. Os cientistas esperam começar os primeiros experimentos sobre a aniquilação da antimatéria com halo de nêutrons de núcleos radioativos em 2022.
Há antimatéria suficiente no caminhão para outros experimentos, não apenas no CERN, então existe a possibilidade de que posteriormente a van com antimatéria viaje para outras regiões da Europa.
“Assim que eles puderem pegar um bilhão de antiprótons e mantê-los por várias semanas, muitos outros experimentos se juntarão. As pessoas terão novas idéias para o que pode ser feito aqui ”, diz Chloé Malbrunot, físico de antimatéria do CERN. "Acho que realmente abrirá um novo campo de pesquisa."