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)
Alter2
22.02.2018 14:42+3Сводка происшествий:
В CERN перевернулся грузовик с антиматерией
QDeathNick
22.02.2018 14:53+1Уже пошли заголовки:
CERN начнет возить антиматерию грузовиками.
undecim
23.02.2018 01:00Таким образом физики смогли одновременно изменить спин одного миллиарда антипротонов.
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)
pasetchnik
22.02.2018 17:15А потом её похитят 'путешественники' из будущегоВ одном из эпизодов сериала Travelers похищали антиматерию из грузовикаstardust1
22.02.2018 20:42Вчера 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?
arheops
23.02.2018 00:34Время 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.
Zoraccer
23.02.2018 00:03Вспоминая 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»?
arheops
23.02.2018 00:34Достоверных нету. У нас пока только газы и они летят куда угодно.
koreec
23.02.2018 02:14От давления зависит. Можно вполне напустить аргон в ведро и он будет там сидеть, ибо тяжелее воздуха.
arheops
23.02.2018 02:19Угу. 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.
Pshir
24.02.2018 23:06Камера 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.
Seregaalex
23.02.2018 21:27Получается 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):)
kauri_39
23.02.2018 07:28Интересно, 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...
Pshir
24.02.2018 23:30Во-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.
kauri_39
25.02.2018 11:02Спасибо 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.
sumanai
25.02.2018 11:56GT 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.
Equin0x
23.02.2018 08:04Готовый 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».
ClearAirTurbulence
xcont
1 миллиард антипротонов, аннигилированных с таким же количеством протонов, дадут в сумме около 0.3 джоуля.
ariklus
Ну так это пока только технологию отлаживают. А потом уже может и микро, а то и деци молями возить будут )
sumanai
Энергии не хватит столько сделать.
xcont
масса покоя протона * скорость света в квадрате * миллиард * 2
(1.6726219e-27)*(8.9875518e+16)*1000000000*2 = 0.30065551936
alltiptop
каких едениц?
knstqq
Джоулей. Это кг * м2 / cекунду2 (или 1 Кулон * Вольт).