欧洲核子研究组织将在卡车上驾驶反物质进行歼灭实验


欧洲核子研究组织的抗质子抑制剂

反物质是一种非常脆弱的物质(更确切地说,是反物质)。 但是物理学家们学会了如何很好地控制它,以至于有史以来第一次他们决定冒险尝试并将少量的反质子运送到几百米的距离。

反物质在大型强子对撞机中开采,在质子束与金属靶碰撞后收集反质子云,并准确地减慢飞行粒子的速度,以便将其用于后续实验中。 在这种情况下,欧洲核子研究组织正在准备进行反质子an灭的实验PUMA (反质子不稳定物质An灭)。

为了歼灭,有必要将“质子”从“工厂”传递到邻近的ISOLDE实验现场,该实验会产生罕见的放射性原子核。 它们分解得太快而无法运输到某个地方。 因此,对于an灭实验,将有必要精确地输送反物质。


CERN粒子物理实验室的设备,用于生产放射性原子核。 照片:CERN

实验将在CERN粒子物理实验室进行。 PUMA项目经理达姆施塔特技术大学(德国)的物理学家亚历山大·奥贝特利(Alexandre Obertelli)表示:“反物质早已被单独研究,但是现在它的特性已广为人知,可以开始用作物质探测。”

为了在真空中稳定大约10亿个反质子云,科学家将使用来自磁场和电场的陷阱。 然后,该陷阱将被装载到卡车上,并被运送至ISOLDE实验现场数百米。

下图显示了陷阱的布置方式,以及将来与稀有放射性元素同位素碰撞时会发生的hil灭。 如您所见,超导磁体内部的陷阱的长度为700毫米,同位素通过直径为10纳米的管子进入陷阱。 同位素与反质子的碰撞区配有检测飞散粒子的检测器。


PUMA实验设计

“在卡车上进行反物质几乎是科幻小说,”布卢明顿印第安纳大学的理论核物理学家查尔斯·霍洛维茨说。 “这是一个好主意。”

PUMA实验


正如在欧洲为PUMA实验提供的赠款描述中所写的那样,它被“研究了核物理学中最显着的量子现象之一-中子晕和中子壳在充满中子的原子核中的出现”。 迄今为止从未固定在中等质量核中的厚中子壳将成为低密度的实验室中子物质。 还已知核壳的结构随质子和中子的数量而变化。 当Z = 100或更高时,非常重的核的核结构实际上是未知的,并且新的长寿命重同位素的存在仍然是一个悬而未决的问题。 “与不稳定核中的中子和质子不平衡有关的这种基本现象对于理解核的复杂性质和相关的天体物理过程非常重要。”

例如,锂11同位素中过多的中子会在原子核的核心周围形成一个中子晕,并扩大其大小(请参见插图)。



假定相同的力仅在更大的范围内作用于中子星-正是这些力产生了中子饱和的固体壳。


中子星结构

超重恒星核的结构仍然是科学家们的一个谜。 但是,对放射性同位素“微观”中核晕性质的研究将有助于接近天体物理学的线索。

因此,在PUMA实验的框架中,这样的中子晕与反质子“听起来”并观察at灭的结果。 为此,将反物质带到同位素生产的地方。 没错,在此之前,必须解决一些技术问题-需要构造设备以将十亿个反质子在比绝对零高4度的陷阱中存储数周。 这项任务很困难,但可以实现。 科学家希望在2022年开始进行第一个有关用放射性核的中子晕灭灭反物质的实验。

卡车上有足够的反物质用于其他实验,不仅在欧洲核子研究组织(CERN)中,因此有可能随后带有反物质的货车将行驶到欧​​洲其他地区。

“只要它们能够吸收十亿个反质子并将它们保留几个星期,那么其他许多实验就会加入。” 欧洲核子研究中心反物质物理学家ChloéMalbrunot说,人们将对在这里可以做什么有新的想法。 “我认为这确实将打开一个新的研究领域。”

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN410569/


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