Благодаря научной фантастике мало кто не знает об антивеществе. И хотя оно экспериментально обнаружено около 70 лет назад, учёные знают об антиматерии крайне мало. В окружающем нас мире антивещество самостоятельно не образуется, а полученное на ускорителях не хранится и с трудом поддаётся изучению. Чтобы узнать об антивеществе больше, ЦЕРН запустила проект по созданию контейнеров для накопления и транспортировки антиматерии.
В ЦЕРНе антивещество в виде антипротонов создаётся бомбардировкой пучком протонов из лабораторного синхротрона по металлической мишени. На выходе установки антипротоны обладают энергией порядка 3500 МэВ (миллионов электронвольт), поэтому их замедляют до медленных или «холодных» антипротонов, иначе они трудно поддаются изучению. Замедлитель антипротонов снижает энергию этих античастиц до 5,3 МэВ, что происходит вследствие прохождения пучка антипротонов через тонкий лист металлической фольги.
Однако даже этого недостаточно, поэтому ЦЕРН в специальном комплексе Extra Low ENergy Antiproton (ELENA) с накопительным кольцом с помощью плазмы замедляет антипротоны до 90 КэВ. Недостатком уже созданных установок остаётся то, что их производительность катастрофически мизерна. Для создания одного нанограмма антивещества, например, потребовалось бы тысячи лет работы установки.
Ещё одной проблемой остаётся то, что в месте производства антипротонов слишком «шумно» от фоновых магнитных и электрических полей от работающего оборудования. Но перевести антипротоны для изучение в другое место так просто нельзя. Они не должны контактировать с обычным веществом, иначе произойдёт аннигиляция с выделением колоссальных объёмов энергии и гамма-излучения.
Для накопления и транспортировки антивещества на другие научные объекты для изучения, в частности, в комплекс ISOLDE в ЦЕРН, запущен проект по разработке двух экспериментальных установок: BASE-STEP и PUMA. Одна из установок будет улавливать и высвобождать антипротоны, а другая — накапливать. Габариты будущей накопительной системы должны позволить транспортировать антивещество на небольшом грузовике.
Установка BASE-STEP — это так называемая ловушка Пеннинга с однородным статическим магнитным полем и пространственно неоднородным электрическим полем. Ловушка охлаждается жидким гелием и должна быть приспособлена для перевозки. Длина установки будет достигать двух метров, а вес — одной тонны. Хранилище антипротонов — PUMA — это двухзонная ловушка внутри сверхпроводящего магнита соленоидного типа весом в одну тонну, внутри которого создаётся вакуум и поддерживается температура до четырех градусов выше абсолютного нуля. Генерируемое магнитом поле будет удерживать антипротоны, не позволяя им контактировать с веществом в течение длительного периода времени.
Ввод нового оборудования для транспортировки и хранения антивещества планируется в 2023 году. Перевозки будут осуществляться на небольшие расстояния в пределах комплекса ЦЕРН. Изучение антипротонов в лабораторных условиях поможет сделать много новых научных открытий. В этом можно не сомневаться.
