Ett stort steg till transport av antimateria

 

Bild wikipedia. Partiklar från vänster uppifrån och ner: elektron, proton, neutron. Antipartiklar från höger uppifrån och ner: positron, antiproton, antineutron

Antimateria är motsatsen till vanliga materia vilket vår galax och resten av vårt synliga universum består av. Det blev en antipartikel för varje vanlig partikel: (vid BigBang) till exempel proton–antiproton, neutron–antineutron och elektron–positron. Vissa partiklar är sina egna antipartiklar, till exempel fotoner och Z-bosoner.

CERN:s Antiproton Decelerator Hall är den enda platsen i världen där forskare kan lagra och studera antiprotoner. Forskare som arbetar vid BASE-experimentet hoppas  att en dag kunna ändra på det, tack vare BASE-STEP, en anordning som är utformad för att lagra och transportera antimateria. Den 24 oktober tog forskar- och ingenjörsteamet ett stort steg mot detta mål genom att transportera ett moln av 70 protoner i en lastbil till CERN:s huvudanläggning.

« Om vi kan göra det med protoner kan vi också göra det med antiprotoner, beskriver Christian Smorra, projektledare för BASE-STEP. Den enda skillnaden är att vi för antiprotoner kommer att behöva en mer effektiv vakuumkammare. »

Det här är första gången som obundna partiklar har transporterats i en återanvändbar fälla som forskare sedan kan öppna på en annan plats för att överföra innehållet till ett annat experiment. Målet är att skapa en antiprotonleveranstjänst mellan CERN och till experiment i andra laboratorier.

Antimateria är en kategori av partiklar som finns i naturen; Den är nästan identisk med vanlig materia, men dess laddningar och magnetiska egenskaper är omvända. Detta är en egenhet som länge har fascinerat forskare, eftersom Big Bang enligt fysikens lagar borde ha skapat materia och antimateria i lika stora mängder. Därför borde partiklarna och deras antipartiklar ha förintat varandra snabbt och skapat ett bubblande men tomt universum.

Fysiker misstänker att det finns i dag ännu ej kända skillnader som skulle kunna förklara varför materia finns medan antimateria nästan helt har försvunnit. « Acceleratorns utrustning i antiprotondeceleratorhallen genererar magnetfältsfluktuationer som begränsar mätnoggrannheten, förklarar Stefan Ulmer, talesperson för BASE-experimentet.

 Det är här BASE-STEP-enheten kommer in, vars mål är att fånga antiprotoner och överföra dem till en anläggning där forskare kan studera dem mer ingående. För att göra detta behöver de en enhet som är tillräckligt liten för att lastas in i en lastbil och som kan motstå oundvikliga stötar och vibrationer under transporten. Den nuvarande enheten, som innehåller en supraledande magnet, ett kryogent kylsystem, energireserver och en vakuumkammare som fångar in partiklar med hjälp av magnetiska och elektriska fält väger ett ton och kräver två kranar för att förflytta sig från experimenthallen till lastbilen.

Trots sin tunga vikt är BASE-STEP-enheten mycket mer kompakt än något annat existerande system för att studera antimateria. Till exempel har den en golvyta som är fem gånger mindre än det ursprungliga BASE-experimentet, eftersom den måste vara tillräckligt smal för att passera genom vanliga laboratoriedörrar. Efter det lyckade testet, som krävde omfattande övervakning och datainsamling, planerar forskarna nu att förfina sin procedur med målet att transportera antimateria redan nästa år. – Det här är en helt ny teknik som kommer att öppna upp nya möjligheter för studier inte bara för antiprotoner utan även för andra exotiska partiklar, som ultraladdade joner, beskriver Stefan Ulmer talesperson för BASE-experimentet.

Ett annat experiment, kallat PUMA, arbetar med en transportabel fälla. Nästa år planerar man att transportera antiprotoner 600 meter från Antiproton Decelerator Hall till ISOLDE-anläggningen med målet att använda anläggningen för att studera egenskaper och struktur hos exotiska atomkärnor.

JA det är ett mysterium att inte antimateria och materia utplånade varandra vid BigBang. Vad fick materia att klara sig och vad fick antimateria att inte bli det vi alla är uppbyggda av. Båda formerna är lika hållbara var för sig. Något vi inte förstår av svaghet i antimaterian i förhållande till materia är ännu inte förstått.

Om Maskhål finns kan vi sekundsnabbt (nästan) transporteras vart vi vill i universum både tids och platsmässigt..

Maskhål är hittills spekulativa fenomen inom relativitetsteorin som om de finns skapas som par och bildar genvägar genom rumtiden. Till skillnad från svarta hål bildas inte maskhål genom naturliga processer. 


Maskhål måste för att bildas matas med negativ energi. Negativ energi får maskhålet att hålla sig öppet.


Maskhål skulle teoretiskt kunna skapas kvantmekaniskt genom att dras upp ur de gravitationella vakuumfluktuationer som kvantskummet utgör (läs mer om vad kvantskum innebär här). Lagarna för kvantgravitation är dock inte tillräckligt utforskade för att avgöra om detta är en möjlighet. 


Maskhål skulle kunna fungera som tidsmaskiner både framåt och bakåt i tiden genom acceleration genom det ena hålet eftersom tiden går långsammare om man färdas snabbare jämfört med något som färdas långsammare. 


Men om naturen har skyddsmekanismer mot tidsmaskiner (möjligheter att resa i tiden) är stabila maskhål omöjliga.   Maskhålet var en science fiction idé från början  vilken i dag teoretiskt kan räknas ut med den kunskap vi numera har. Maskhål avbildas ofta som loopingtunnlar bortom gapande bubbelpooler av ljus. Se bild ovan.


 Men i verkligheten vet ingen hur dessa maskhål (om de finns) ser ut.
  

En rysk fysiker på Roman Konoplya på RUDN University i Moskva har kommit med ett förslag om att uppskatta de fysiska egenskaperna hos en sådan hypotetisk struktur genom att arbeta baklänges från vad vi vet om ljus och rum.


De troligaste är att maskhål är små svarta hål som dyker upp och försvinner  som existerande mycket snabbt.  Att hålla ett litet maskhål öppet länge nog för något passera genom det skulle kräva en viss storlek på maskhålet utrymmesmässigt och hur detta teoretiskt skulle gå till har vi ingen teori om idag.


Vi vet inte heller hur rumtiden beter sig bortom en viss punkt. Det betyder att vi faktiskt inte vet hur saker som massa eller avståndet förändras när du flyttas mot centrum av ett svart hål eller som i detta fall ner i ett maskhål.


Konoplya tror att nyckeln till att förstå formen av flaskhalsen mellan svarta och vita hål ligger i det sätt som energi skingras genom rymden i vågor.


Med den senaste observationen av gravitationsvågor i kosmos har kollisioner av svarta hål och neutronstjärnor bekräftat hur energi bärs bort av snedvridningar i rumtiden.

Utifrån denna iakttagelse kan vi fundera vidare på vad som sker i maskhål om dessa finns och var vi ska söka dem.