Big Bang va produir quantitats iguals de matèria i antimatèria que haurien d'haver-se aniquilat mútuament deixant enrere un univers buit. Tanmateix, la matèria va sobreviure i domina l'univers mentre l'antimatèria va desaparèixer. Es creu que alguna diferència desconeguda en les propietats bàsiques entre les partícules i les antipartícules corresponents pot ser la responsable d'això. Les mesures d'alta precisió de les propietats fonamentals dels antiprotons tenen potencial per enriquir la comprensió de l'asimetria matèria-antimatèria. Requereix subministrament d'antiprotons. Actualment, el desaccelerador d'antiprotons (AD) del CERN és l'única instal·lació on es produeixen i emmagatzemen antiprotons. No és possible realitzar estudis d'alta precisió d'antiprotons prop de AD a causa de les fluctuacions del camp magnètic generades pels acceleradors. Per tant, transportar antiprotons des d'aquesta instal·lació a altres laboratoris és un imperatiu. Actualment, no hi ha cap tecnologia adequada per fer-ho. BASE-STEP és un pas endavant en aquesta direcció. Es tracta d'un dispositiu relativament compacte dissenyat per emmagatzemar i transportar antiprotons des de les instal·lacions del CERN fins a laboratoris d'altres llocs per a estudis d'antimatèria d'alta precisió. El 24 d'octubre de 2024, BASE-STEP va realitzar una demostració tecnològica amb èxit utilitzant protons atrapats com a substitut dels antiprotons. Va transportar localment un núvol de 70 protons en un camió. Aquesta va ser la primera instància del transport de partícules soltes en una trampa reutilitzable i un pas important cap a la creació d'un servei de lliurament d'antiprotons a experiments en altres laboratoris. Amb alguns refinaments en els procediments, es preveu que els antiprotons siguin transportats el 2025.
Al principi, el Big Bang va produir quantitats iguals de matèria i antimatèria. Tots dos són idèntics en propietats, només que tenen càrregues oposades i els seus moments magnètics estan invertits.
La matèria i l'antimatèria haurien d'haver-se aniquilat ràpidament deixant enrere un univers buit, però això no va passar. L'univers ara està totalment dominat per la matèria mentre l'antimatèria va desaparèixer. Es creu que hi ha alguna diferència desconeguda entre les partícules fonamentals i les seves antipartícules corresponents que podria haver conduït a la supervivència de la matèria mentre s'eliminava l'antimatèria, donant lloc a una asimetria matèria-antimatèria.
D'acord amb la simetria CPT (Charge, Parity, and Time reversal), que forma part del model estàndard de la física de partícules, les propietats bàsiques de les partícules haurien de ser iguals i en part oposades a les de les seves antipartícules corresponents. Les mesures experimentals d'alta precisió de les diferències en les propietats bàsiques (com ara masses, càrregues, temps de vida o moments magnètics) de les partícules i les seves antipartícules corresponents poden ser d'ajuda per entendre l'asimetria matèria-antimatèria. Aquest és el context de CERN'S Barió Experiment de simetria antibarió (BASE).
L'experiment BASE s'ha dissenyat per investigar la simetria d'antiprotons de protons realitzant mesures d'alta precisió de propietats (com ara el moment magnètic intrínsec) dels antiprotons amb una precisió fraccionada en ordre de part per milió. El següent pas és la comparació d'aquestes mesures amb els valors corresponents dels protons. Per al moment magnètic intrínsec, tot el procés es basa en mesures de la freqüència de Larmor i la freqüència del ciclotró.
Actualment, el desaccelerador d'antiprotons (AD) del CERN és l'única instal·lació on els antiprotons es produeixen i s'emmagatzemen habitualment. Aquests antiprotons s'han d'estudiar aquí a les instal·lacions del CERN, però les fluctuacions del camp magnètic generades per l'accelerador al lloc restringeixen la precisió de les mesures de les propietats dels antiprotons. Per tant, és imprescindible transportar els antiprotons produïts a l'AD a laboratoris d'altres llocs. Però l'antimatèria no és fàcil de tractar, ja que s'aniquilen ràpidament en entrar en contacte amb la matèria. Actualment, no hi ha una tecnologia adequada per transportar antiprotons a laboratoris d'altres llocs perquè els investigadors realitzin estudis d'alta precisió. BASE-STEP (Symmetry Tests in Experiments with Portable antiprotons) és un pas endavant en aquesta direcció.
BASE-STEP és un dispositiu relativament compacte dissenyat per emmagatzemar i transportar antiprotons des de les instal·lacions del CERN fins a laboratoris d'altres llocs per a estudis d'antimatèria d'alta precisió. És un subprojecte de BASE, pesa al voltant d'una tona i és unes cinc vegades més petit que l'experiment original d'EEB.
El 24 d'octubre de 2024, BASE-STEP va realitzar una demostració tecnològica amb èxit utilitzant protons atrapats com a substitut dels antiprotons. Va transportar localment un núvol de 70 protons en un camió. Aquesta va ser la primera instància de transport de partícules soltes en una trampa reutilitzable i un pas important cap a la creació d'un servei de lliurament d'antiprotons a experiments en altres laboratoris. Amb un cert refinament en els procediments, el transport d'antiprotó està previst el 2025.
PUMA (antiProton Unstable Matter Annihilation) és un altre experiment de naturalesa similar però amb un objectiu diferent. Igual que BASE-STEP, PUMA també implica la preparació d'una trampa transportable per moure els antiprotons des de la sala Antiproton Decelerator (AD) del CERN a les seves instal·lacions ISOLDE per utilitzar-los en l'estudi de fenòmens de física nuclear exòtica.
***
Referències:
- CERN. Notícies - L'experiment BASE fa un gran pas cap a l'antimatèria portàtil. Publicat el 25 d'octubre de 2024. Disponible a https://home.cern/news/news/experiments/base-experiment-takes-big-step-towards-portable-antimatter
- CERN. Memòria Tècnica de Disseny de BASE-STEP. https://cds.cern.ch/record/2756508/files/SPSC-TDR-007.pdf
- Smorra C., et al 2023. PAS BASE: Un dipòsit d'antiprotons transportable per a estudis d'interacció fonamental. Rev. Sci. Instrum. 94, 113201. 16 de novembre de 2023. DOI: https://doi.org/10.1063/5.0155492
- Aumann, T., Bartmann, W., Boine-Frankenheim, O. et al. PUMA, aniquilació de matèria inestable antiProton. Eur. Phys. J. A 58, 88 (2022). DOI: https://doi.org/10.1140/epja/s10050-022-00713-x
***
Articles relacionats
- Per què la "matèria" domina l'univers i no la "antimatèria"? A la recerca de per què existeix l'univers (18 d'abril de 2020)
- Desvetllant el misteri de l'asimetria matèria-antimatèria de l'univers amb experiments d'oscil·lació de neutrins (1 2020 de maig)
- Col·lisionadors de partícules per a l'estudi de l'"Univers molt primerenc": es va demostrar el col·lisionador de muons (31 d'octubre de 2024)
***
