Замедлитель антипротонов в CERN

Антиматерия — очень хрупкое вещество (точнее, антивещество). Но физики настолько хорошо научились её контролировать, что сейчас впервые в истории решили рискнуть и транспортировать небольшое количество антипротонов на расстояние в несколько сотен метров.

Антиматерию добывают в Большом адронном коллайдере, собирая облака антипротонов после столкновения пучка протонов с металлической мишенью и аккуратного замедления разлетающихся частиц, чтобы их можно было использовать в последующих экспериментах. В данном случае CERN готовится к эксперименту по аннигиляции антипротонов PUMA (anti-Proton Unstable Matter Annihilation), пишет журнал Nature.

Для проведения аннигиляции требуется доставить антипротоны с «фабрики» на место проведения соседнего эксперимента ISOLDE, где добывают редкие радиоактивные атомные ядра. Они слишком быстро распадаются, чтобы их успеть куда-то перевезти. Поэтому для эксперимента по аннигиляции придётся транспортировать именно антиматерию.


Оборудование в лаборатории физики частиц CERN для получения радиоактивных атомных ядер. Фото: CERN

Эксперимент пройдёт в лаборатории физики частиц CERN. «Антиматерия давно изучается сама по себе, но теперь её свойства достаточно хорошо известны, чтобы начать её использовать в качестве щупа для материи», — говорит Александре Обертелли (Alexandre Obertelli), физик из Технический университет Дармштадта (Германия), руководитель проекта PUMA.

Для стабилизации облака из примерно 1 миллиарда антипротонов в вакууме учёные применят ловушку из магнитного и электрического полей. Затем эту ловушку погрузят на грузовик — и перевезут на насколько сотен метров к месту проведения эксперимента ISOLDE.

На иллюстрации ниже показано, как устроена ловушка и как будет проходить в дальнейшем аннигиляция при столкновении с редкими изотопами радиоактивных элементов. Как видим, ловушка внутри сверхпроводящего магнита имеет длину 700 мм, а изотопы поступают в неё через трубку диаметром 10 нанометров. Зона столкновения изотопов с антипротоном оборудована детектором для регистрации разлетающихся частиц.


Схема эксперимента PUMA

«Возить антиматерию на грузовике — это практически научная фантастика, — говорит Чарльз Хоровиц (Charles Horowitz), специалист по теоретической ядерной физике из Индианского университета в Блумингтоне. — Это прекрасная идея».

Эксперимент PUMA


Как написано в описании европейского гранта на эксперимент PUMA, он ставится для «изучения одного из самых замечательных квантовых феноменов в ядерной физике — возникновения нейтронного гало и нейтронных оболочек в очень насыщенных нейтронами атомных ядрах. Толстые нейтронные оболочки, которые до сих пор ни разу не зафиксированы в ядрах средней массы, станут лабораторным нейтронным веществом низкой плотности. Известно также, что структура ядерной оболочки изменяется с числом протонов и нейтронов. Практически неизвестна ядерная структура очень тяжёлых ядер при Z=100 и больше, а существование новых долгоживущих тяжёлых изотопов по-прежнему остаётся открытым вопросом. Этот фундаментальный феномен, связанный с дисбалансом нейтронов и протонов в нестабильных ядрах, важен для понимания сложной природы ядер и связанных с ними астрофизических процессов».

Например, избыточное количество нейтронов в изотопе лития-11 создаёт нейтронное гало вокруг сердцевины ядра и раздувает его размер (см. иллюстрацию).



Предполагается, что те же силы, только в большем масштабе, действуют в нейтронных звёздах — именно эти силы создают насыщенную нейтронами твёрдую оболочку.


Строение нейтронной звезды

Строение ядер сверхплотных звёзд до сих пор остаётся загадкой для учёных. Но изучение свойств ядерных гало в «микрокосмосе» радиоактивных изотопов поможет приблизиться к разгадке в астрофизике.

Итак, в рамках эксперимента PUMA такие нейронные гало «прозондируют» антипротонами — и посмотрят на результат аннигиляции. Для этого к месту получения изотопов и повезут антиматерию. Правда, перед этим придётся решить несколько технических задач — нужно сконструировать оборудование для хранения миллиарда антипротонов в течение нескольких недель в ловушке при температуре на 4 градуса выше абсолютного нуля. Задача сложная, но достижимая. Учёные рассчитывают начать первые опыты по аннигиляции антивещества с нейтронными гало радиоактивных ядер в 2022 году.

На грузовике достаточно антивещества и для других экспериментов, не только в CERN, так что существует возможность, что впоследствии фургончик с антиматерией поедет и в другие регионы Европы.

«Как только они смогут взять миллиард антипротонов и удерживать их в течение нескольких недель, то к этому присоединится много других экспериментов. У людей появятся новые идеи, что можно здесь сделать, — говорит физик по антиматерии Хлои Мальбруно (Chloe Malbrunot) из CERN. — Я думаю, что это действительно откроет новую область исследований».

Комментарии (35)


  1. ClearAirTurbulence
    22.02.2018 12:40

    «Возить антиматерию на грузовике — это практически научная фантастика, — говорит Чарльз Хоровиц (Charles Horowitz), специалист по теоретической ядерной физике из Индианского университета в Блумингтоне. — Это прекрасная идея».

    Плата за страх (Le salaire de la peur \ The Wages of Fear), 1953
    Четверо храбрецов, застрявших без денег в крошечном городишке где-то в сердце Латинской Америки, берутся за самоубийственную работу. За плату в 2000 долларов нужно доставить 2 грузовика, груженных нитроглицерином, на нефтяные скважины, расположенные на расстоянии 300 миль от города.


    1. xcont
      22.02.2018 12:48

      1 миллиард антипротонов, аннигилированных с таким же количеством протонов, дадут в сумме около 0.3 джоуля.


      1. ariklus
        22.02.2018 12:52

        Ну так это пока только технологию отлаживают. А потом уже может и микро, а то и деци молями возить будут )


        1. sumanai
          23.02.2018 11:08

          Энергии не хватит столько сделать.


      1. xcont
        22.02.2018 12:52

        масса покоя протона * скорость света в квадрате * миллиард * 2
        (1.6726219e-27)*(8.9875518e+16)*1000000000*2 = 0.30065551936


        1. alltiptop
          22.02.2018 21:46
          -1

          каких едениц?


          1. knstqq
            23.02.2018 13:05

            Джоулей. Это кг * м2 / cекунду2 (или 1 Кулон * Вольт).


  1. dumndum
    22.02.2018 13:22

    Антиматериальная граната версия alfa0.001


    1. solariserj
      23.02.2018 17:43

      Граната на вряд-ли… Вот бомба — да.


  1. pvsur
    22.02.2018 14:39
    +3

    Ангелы и демоны уже расставлены по местам.


  1. Alter2
    22.02.2018 14:42
    +3

    Сводка происшествий:
    В CERN перевернулся грузовик с антиматерией


    1. QDeathNick
      22.02.2018 14:53
      +1

      Уже пошли заголовки:
      CERN начнет возить антиматерию грузовиками.


      1. Kriminalist
        22.02.2018 15:46

        Террористы угнали из CERN колонну грузовиков с антиматерией.


        1. NetBUG
          22.02.2018 22:45

          Упали в кювет и частично аннигилировались


    1. undecim
      23.02.2018 01:00

      Таким образом физики смогли одновременно изменить спин одного миллиарда антипротонов.


  1. HueyOne
    22.02.2018 15:36
    -4

    Большой гудронный коллайдер — скоро в каждом дворе (с)


  1. JC_IIB
    22.02.2018 16:07
    +4

    «Я вышел на проспект Мира и остановился, привлечённый необычным зрелищем. По мостовой шёл человек с детскими флажками в руках. За ним, шагах в десяти, с натужным рёвом медленно полз большой белый «МАЗ» с гигантским дымящимся прицепом в виде серебристой цистерны. На цистерне было написано «огнеопасно», справа и слева от неё так же медленно катились красные пожарные «газики», ощетиненные огнетушителями. Время от времени в ровный рёв двигателя вмешивался какой-то новый звук, неприятно леденивший сердце, и тогда из люков цистерны вырывались жёлтые языки пламени. Лица пожарных под нахлобученными касками были мужественны и суровы. Вокруг кавалькады тучей носились ребятишки. Они пронзительно вопили: «Тилили-тилили, а дракона повезли!» Взрослые прохожие опасливо жались к заборам. На их лицах было написано явственное желание уберечь одежду от возможных повреждений.
    — Повезли родимого, — произнёс у меня над ухом знакомый скрипучий бас.
    Я обернулся. Позади стояла, пригорюнившись, Наина Киевна с кошёлкой, наполненной синими пакетами сахарного песку.
    — Повезли, — повторила она. — Каждую пятницу возят…
    — Куда? — спросил я.
    — На полигон, батюшка. Всё экспериментируют… Делать им больше нечего.»

    (С)


  1. Atakua
    22.02.2018 16:11
    +2

    И почему никто не вспомнил про тот инцидент в Блэк Меса с тележкой?


    image


  1. pasetchnik
    22.02.2018 17:15

    А потом её похитят 'путешественники' из будущего
    В одном из эпизодов сериала Travelers похищали антиматерию из грузовика


  1. JohnDoe_71Rus
    22.02.2018 17:45
    +1

    этой картинки тут еще не было
    image


  1. stardust1
    22.02.2018 20:42

    Вчера только посмотрел «Ангелы & Демоны» (какое совпадение) и во время фильма глянул в вики, там было написано, что зафиксированный рекорд был 17 минут удерживания в ловушке. Неужели научились бесрочно удерживать его?


    1. arheops
      23.02.2018 00:34

      Время удержания зависит от чистоты вакуума и количества(чем больше — тем проще). Они то стабильные, просто взаимодействуют с газами в неполном вакууме. Для того, наверно, и везут миллиард. Так проще.


    1. Alert123
      23.02.2018 08:08

      за 17 минут и пешком донесут


  1. Zoraccer
    23.02.2018 00:03

    Вспоминая одну из соседних статей, в которой упоминается антиматерия (про пузырь Алькубьерре в частности), хотелось бы уточнить: а по гравитационному поведению антиматерии уже есть данные? Т.е. в гравитационном поле она летит «вверх» или «вниз»?


    1. arheops
      23.02.2018 00:34

      Достоверных нету. У нас пока только газы и они летят куда угодно.


      1. koreec
        23.02.2018 02:14

        От давления зависит. Можно вполне напустить аргон в ведро и он будет там сидеть, ибо тяжелее воздуха.


        1. arheops
          23.02.2018 02:19

          Угу. Осталося только антивоздух в значимом обьеме и ведро из антиматерии. Тут антипротонов то собирают в количестве порядка миллиарда. У азота, например, в литре 6*10^22 атомов газа. А миллиард это всегото 10^9.
          Вообще достаточно просто получить еще антигелий в таких же количествах и попытатся в большой камере сравнить распределени по весу. Но надо много антигелия и большую камеру. Нету пока.


          1. Pshir
            24.02.2018 23:06

            Камера должна быть из антиматерии тогда. До тех пор, пока это всё удерживается электромагнитными ловушками, ничего обнаружить невозможно, поскольку воздействие гравитации на много порядков меньше удерживающего потенциала.


      1. Seregaalex
        23.02.2018 21:27

        Получается не ту машину Маск в космос отправил? Надо было грузовик с антиматерией. Вот там бы понятней стало куда она летит, вниз или вверх(особенно если бы ракета сама по себе вверх поползла со стартового стола ещё до включения двигателей):)


  1. kauri_39
    23.02.2018 07:28

    Интересно, для чего гало нейтронов вокруг многопротонных атомных ядер? Видимо, для лучшей их стабилизации. Как будто мало для этого превышения числа нейтронов над протонами в самом ядре. Может, существует обмен нейтронами между ядром и гало для стабилизации ядра? Или для этого нейтроны гало как-то изменяют свойства вакуума вокруг ядер? Будем следить за новостями...


    1. Pshir
      24.02.2018 23:30

      Во-первых нейтронные гало есть и вокруг малопротонных ядер (даже у ядер гелия). Во-вторых, вопрос «для чего» — это вопрос, который обычно задают не учёные, а религиозные деятели. В-третьих, нейтронные гало исследуются и теоретически и экспериментально уже очень давно. Если вам это действительно интересно, то надо следить не за новостями, а статьи по теме почитать, благо в наш век интернета и широко известных пиратских ресурсов это достаточно просто.


      1. kauri_39
        25.02.2018 11:02

        Спасибо за поправку, я бываю невнимательным и неточным в формулировках: ядро лития-11, о котором сказано в публикации, многопротонным не назовёшь. И вопрос "для чего" физики обычно не задают. Так я не физик, но и не религиозный деятель, я философ. Открыл общий закон эволюции материи и проверяемый вариант мультиверса с пятым масштабным измерением. Выводу закона посвящена моя последняя публикация в GT, а представление о мультиверсе можно получить из первой публикации.
        Согласно тому и другому (эволюционной модели мира), фотоны и прочие элементарные частицы внутренне разумны. Они способны к мгновенному обмену информацией между собой и проявляют эту способность при их введении в запутанное состояние. Это их совокупный Разум (вселенский интернет) сформировал животворные фундаментальные параметры нашей Вселенной. И образование нейтронного гало вокруг ядер атомов — некоторая часть его плана. Поэтому я и спросил "для чего" — для какой цели? Ответ будет получен через физиков, которые выяснят, как образуется гало, и как оно влияет на стабильность ядер, на межъядерные взаимодействия. Вот для этого оно и служит.
        В наш век интернета нам доступно огромное количество разной информации, но у нас дефицит времени, отсюда проблема выбора самой важной для нас информации, проблема реагирования на неё. GT помогает мне в некоторой мере решать эти проблемы.


        1. sumanai
          25.02.2018 11:56

          GT помогает мне в некоторой мере решать эти проблемы.

          Если бы GT действительно вам помог, вы бы не стали тратить своё дефицитное время на ту псевдофилосовскую фигню, что сейчас продвигаете.


  1. Equin0x
    23.02.2018 08:04

    Готовый сюжет для Big Bang Theory. А то погрязли в розовых соплях и подгузниках.
    «Возить антиматерию на грузовике — это практически научная фантастика, — говорит Чарльз Хоровиц».
    «Зависит от бюджета, — возражает Говард Воловиц».


  1. Dima954
    23.02.2018 09:23

    Вот оказывается, он какой — «Золотой Миллиард»!