CERN 科學家成功運送反質子 可能解碼宇宙大爆炸後物質存活之謎

在瑞士日內瓦的 CERN,科學家們在反物質研究領域取得了歷史性突破,成功地使用特製的便攜式捕獲裝置運輸反質子。BASE 實驗的研究人員首先在一個創新的便攜式低溫 Penning 捕獲器中累積了一雲 92 個反質子,隨後將捕獲器從實驗現場斷開,裝載到卡車上,並在實驗室的主要場地運輸。經過 10 公里(約 6.2 英里)的旅程後,團隊恢復了工作。CERN 研究與計算部門總監 Gautier Hamel de Monchenault 將此成就稱讚為非凡,因為反物質難以保存且與物質接觸時會瞬間湮滅。他表示,運輸反物質是一個開創性且雄心勃勃的項目,並祝賀 BASE 團隊達成這一令人印象深刻的里程碑。我們正處於一段令人興奮的科學旅程的開始,這將使我們能夠進一步加深對反物質的理解。

反物質是一種由反粒子組成的物質,這些反粒子具有與正常粒子相同的質量,但電荷和磁性屬性相反。一旦反物質與正常物質接觸,兩者會瞬間湮滅並釋放出純能量,這一過程稱為湮滅。根據此理論,大爆炸時應該創造了相等數量的物質和反物質,這些物質彼此湮滅,導致宇宙空無一物。然而,宇宙大部分是物質,這表明微妙的差異使其得以存活。儲存和運輸反物質是物理學中最具挑戰性的工程任務之一,因為這需要將粒子與普通物質隔離。

為了克服這一挑戰,團隊使用了一種高度專業化的便攜式 Penning 捕獲器。這種設備能夠利用磁場和電場在近乎完美的真空中保持反質子的穩定。粒子首先被冷卻至約 8.2 開爾文(約 -428 華氏度),以便在運輸過程中保持穩定。在捕獲器中,92 個反質子的雲狀結構保持完整,該系統的大小相當於一個大型櫃子,重達超過 850 公斤,並在裝載到卡車上後成功運輸。儘管對路面振動的擔憂,粒子在旅程中毫髮無損,這顯示反物質可以安全地在實驗室外部移動。

CERN 的反物質工廠是全球唯一一個生產、儲存和研究低能反物質的地方。兩台減速器,即反質子減速器(AD)和超低能反質子環(ELENA),能夠減慢反質子的速度,便於進行研究。降低能量使其更容易儲存,然而,生產反質子的加速器也會引入電磁噪音,從而限制測量精度。將反物質運輸到更安靜的環境中可能會提高實驗的準確性,增強 100 到 1,000 倍。

此次運輸系統 BASE-STEP 是近十年開發的成果,將低溫冷卻、超導磁鐵和超高真空條件結合成一個可以自主運行數小時的移動平台。團隊在系統中儲存反質子達兩週而未損失,並進行了約四小時的運輸。接下來,他們的目標是管理更長的旅程,包括前往德國杜塞爾多夫的八小時旅程。BASE 副發言人、物理學家 Christian Smorra 表示,為了到達我們在德國 HHU 的精密實驗室,我們至少需要八小時。這將需要在整個旅程中保持捕獲器的超導磁鐵低於 8.2 開爾文,因此除了液氦,我們還需要一台發電機來為卡車上的冷卻器供電。團隊目前正在調查這一可能性。


Henderson
Henderson 主要擔任「炒稿記者」的職責,以翻譯最新科技,手機 電動車等消息為每天的工作。