ALPHA охлаждает антипротоны

В лабораториях ЦЕРН, обычно производится много различных видов античастиц. В 1995 году в эксперименте PS210 были получены первые атомы антиводорода, а несколько лет спустя, в 2002 году установки ATRAP и ATHENA были способны производить уже несколько тысяч таких атомов. Тем не менее, ни в одном эксперименте в мире не удалось "захватить" эти анти-атомы с целью их изучения. Это и есть цель эксперимента АЛЬФА, в котором недавно удалось охладить антипротоны до нескольких градусов Кельвина. Это является важным шагом на пути захвата анти-атомов, тем самым открывает новое направление в исследовании свойств антивещества.

 

Сотрудники АЛЬФА-эксперимента, работающие с аппаратом Антипротонного Замедлителя в экспериментальном зале в Европейском Центре Ядерных Исследований

Так же, как и атом, анти-атом нейтрален. В отличие от атома, анти-атом состоит из антипротонов (протоны в атоме) и позитронов (в атоме - электроны). Для того, чтобы тщательно изучить свойства анти-атомов, ученым необходимо продержать их захваченными некоторое разумное время (до 1 секунды). В эксперименте АЛЬФА, на установке антипротонов Decelerator ЦЕРН (AD), в последнее время достигли важного этапа в охлаждении антипротонов до нескольких градусов Кельвина. "Это впервые, когда облако антипротонов охлаждено до таких низких температурах", объясняет Джеффри Хангс, пресс-секретарь Альфы. "Следующим шагом будет получение смеси охлажденных антипротонов и позитронов в форме холодных атомов антиводорода, которые могут оставаться устойчивыми и могут быть изучены".

Техника, используемая в эксперименте АЛЬФА для охлаждения антипротонов заимствована из области физики нейтрального атома и называется "испарительное охлаждение. "Вы можете представить свои антипротоны, содержащимися в миске - в нашем случае это электростатическое поле. Первоначально, антипротоны двигаются довольно быстро, потому что они имеют достаточно высокую энергию. Если уменьшить одну сторону нашей миски, то горячие выйдут, а остальные будут продолжать оставаться в ней. В конечном итоге их температура станет ниже, чем она была до «побега» горячие частиц. Вы можете продолжаеть делать это, пусть горячие убегают, в то время как оставшиеся в миске достигнут более низкой температуры теплового равновесия ", говорит Джеффри. Хотя этот процесс приводит к большим потерям антипротонов в образце, общая вероятность формирования атомов антиводорода, которые могут быть захвачены существенно возрастает.

AD машина производит антипротоны с энергией 5,3 МэВ, что соответствует примерно 6x10 10 градусов Кельвина. Использование техники "испарительного охлаждения, коллективу АЛЬФА удалось охладить антипротоны до температуры в 9 град. Кельвина, повысив вероятность захвата анти-атомов в 100 раз по отношению к другим экспериментам по охлаждению. "В целях достижения температуры всего лишь в несколько градусов Кельвина, мы должны тщательно контролировать напряжение в ловушке с точностью нескольких милливольт. Действительно, потенциальные изменения 1 V эквивалентно изменения температуры более чем 11000 K! Электрический шум в системе должен быть очень низким, чтобы избежать нагревания антипротонов. Весь процесс охлаждения занимает десятки секунд, до завершения ", объясняет Джеффри.

Коллектив АЛЬФА в настоящее время работает по интеграции этой технологии в основной эксперимент. Ловушки антиводорода будут следующим шагом, который, как мы надеемся, произойдет до конца этого года.

by CERN Bulletin