Avances no transporte de antiprotóns  

Big Bang produciu cantidades iguais de materia e antimateria que deberían terse aniquilado mutuamente deixando atrás un universo baleiro. Porén, a materia sobreviviu e domina o universo mentres a antimateria desapareceu. Pénsase que algunha diferenza descoñecida nas propiedades básicas entre as partículas e as antipartículas correspondentes pode ser a responsable diso. As medicións de alta precisión das propiedades fundamentais dos antiprotóns teñen potencial para enriquecer a comprensión da asimetría materia-antimateria. Require subministración de antiprotóns. Actualmente, o desacelerador de antiprotóns (AD) do CERN é a única instalación onde se producen e almacenan antiprotóns. Non é posible realizar estudos de alta precisión de antiprotóns preto de AD debido ás flutuacións do campo magnético xeradas polos aceleradores. Por iso, transportar antiprotóns desde esta instalación a outros laboratorios é un imperativo. Na actualidade, non hai tecnoloxía adecuada para facelo. BASE-STEP é un paso adiante nesta dirección. É un dispositivo relativamente compacto deseñado para almacenar e transportar antiprotóns desde as instalacións do CERN a laboratorios noutros lugares para realizar estudos de alta precisión da antimateria. O 24 de outubro de 2024, BASE-STEP realizou unha demostración tecnolóxica exitosa utilizando protóns atrapados como substituto dos antiprotóns. Transportou unha nube de 70 protóns localmente nun camión. Esta foi a primeira instancia de transporte de partículas soltas nunha trampa reutilizable e un paso importante para a creación dun servizo de entrega de antiprotóns a experimentos noutros laboratorios. Con algúns perfeccionamentos nos procedementos, está previsto que os antiprotóns sexan transportados en 2025.  

Ao principio, o Big Bang produciu cantidades iguais de materia e antimateria. Ambos son idénticos en propiedades, só que teñen cargas opostas, e os seus momentos magnéticos están invertidos.  

A materia e a antimateria deberían haberse aniquilado rapidamente deixando atrás un universo baleiro, pero iso non sucedeu. O universo agora está totalmente dominado pola materia mentres a antimateria desapareceu. Pénsase que hai algunha diferenza descoñecida entre as partículas fundamentais e as súas correspondentes antipartículas que puido levar á supervivencia da materia mentres se eliminaba a antimateria, levando á asimetría materia-antimateria.  

Segundo a simetría CPT (Charge, Parity, and Time reversal), que forma parte do Modelo Estándar da física de partículas, as propiedades básicas das partículas deberían ser iguais e parcialmente opostas ás das súas correspondentes antipartículas. As medidas experimentais de alta precisión das diferenzas nas propiedades básicas (como masas, cargas, tempos de vida ou momentos magnéticos) das partículas e as súas correspondentes antipartículas poden ser de axuda para comprender a asimetría materia-antimateria. Este é o contexto de CERN'S Barión Experimento de simetría antibarión (BASE).   

O experimento BASE foi deseñado para investigar a simetría de antiprotóns mediante a realización de medicións de alta precisión das propiedades (como o momento magnético intrínseco) dos antiprotóns cunha precisión fraccionaria en orde de partes por billón. O seguinte paso é a comparación destas medidas cos valores correspondentes para os protóns. Para o momento magnético intrínseco, todo o proceso baséase en medicións da frecuencia de Larmor e da frecuencia do ciclotrón.     

Actualmente, o desacelerador de antiprotóns (AD) do CERN é a única instalación onde os antiprotóns son producidos e almacenados habitualmente. Estes antiprotóns deben ser estudados aquí nas instalacións do CERN, pero as flutuacións do campo magnético xeradas polo acelerador no lugar restrinxen a precisión das medicións das propiedades dos antiprotóns. De aí, o imperativo de transportar os antiprotóns producidos en AD a laboratorios doutros lugares. Pero a antimateria non é fácil de tratar xa que se aniquilan rapidamente ao entrar en contacto coa materia. Na actualidade, non existe unha tecnoloxía adecuada para transportar antiprotóns a laboratorios noutros lugares para que os investigadores realicen estudos de alta precisión. BASE-STEP (Symmetry Tests in Experiments with Portable antiprotons) é un paso adiante nesta dirección.  

BASE-STEP é un dispositivo relativamente compacto deseñado para almacenar e transportar antiprotóns desde as instalacións do CERN a laboratorios noutros lugares para realizar estudos de alta precisión da antimateria. É un subproxecto de BASE, pesa aproximadamente unha tonelada e é unhas cinco veces máis pequeno que o experimento orixinal de EEB.  

O 24 de outubro de 2024, BASE-STEP realizou unha demostración tecnolóxica exitosa utilizando protóns atrapados como substituto dos antiprotóns. Transportou unha nube de 70 protóns localmente nun camión. Esta foi a primeira instancia de transporte de partículas soltas nunha trampa reutilizable e un importante paso para a creación dun servizo de entrega de antiprotóns a experimentos noutros laboratorios. Con certo refinamento nos procedementos, o transporte de antiprotón está previsto para 2025.  

PUMA (antiProton Unstable Matter Annihilation) é outro experimento de natureza similar pero dirixido a un obxectivo diferente. Do mesmo xeito que BASE-STEP, PUMA tamén implica a preparación dunha trampa transportable para mover antiprotóns desde a sala de desaceleradores de protóns (AD) do CERN ás súas instalacións ISOLDE para o seu uso no estudo de fenómenos de física nuclear exóticos.  

*** 

Referencias:  

1. CERN. Noticias: o experimento BASE dá un gran paso cara á antimateria portátil. Publicado o 25 de outubro de 2024. Dispoñible en https://home.cern/news/news/experiments/base-experiment-takes-big-step-towards-portable-antimatter  

2. CERN. Informe Técnico de Deseño de BASE-STEP.  https://cds.cern.ch/record/2756508/files/SPSC-TDR-007.pdf 

3. Smorra C., et al 2023. BASE-STEP: A transportable antiproton reservoir for fundamental interaction studies. Rev. Sci. Instrum. 94, 113201. 16 de novembro de 2023. DOI: https://doi.org/10.1063/5.0155492 

4. Aumann, T., Bartmann, W., Boine-Frankenheim, O. et al. PUMA, aniquilación de materia inestable antiprotón. Eur. Física J. A 58, 88 (2022). DOI: https://doi.org/10.1140/epja/s10050-022-00713-x 

*** 

Artigos relacionados 

• Por que a "materia" domina o universo e non a "antimateria"? Na procura de por que existe o universo (18 de abril de 2020) 

• Desvelando o misterio da asimetría materia-antimateria do universo con experimentos de oscilación de neutrinos (1 2020 maio)  

• Colisionadores de partículas para o estudo do "universo moi temperán": colisionador de muóns demostrado (31 de outubro de 2024)  

***