Forskere ved CERN har for første gang klart å transportere antiprotoner på vei. Tirsdag gjennomførte de en test av det som omtales som verdens første leveringssystem for antimaterie, med mål om på sikt å kunne sende partikler til forskningslaboratorier rundt om i Europa.
– Partiklene kom tilbake … så dette var en suksess, sa CERN-fysiker Stefan Ulmer til journalister etter at en stor lastebil returnerte fra en ti kilometer lang tur rundt området til Europas største fysikklaboratorium.
Ulmer er talsperson for BASE-eksperimentet, som undersøker hvorfor det finnes en ubalanse mellom materie og antimaterie i universet. Selv om avstanden var kort, mener han forsøket markerer et viktig veiskille.
Synlig materie og dens «tvilling», antimaterie, antas å være nesten identiske, men med motsatt elektrisk ladning og speilvendte magnetiske egenskaper. Et stort spørsmål i moderne fysikk er hvorfor universet i dag inneholder langt mer materie enn antimaterie, når Big Bang i teorien burde ha skapt like mye av begge.
Når antimaterie møter vanlig materie, tilintetgjøres den i et glimt av energirike partikler. Nettopp derfor er det svært krevende å flytte antimaterie fra ett sted til et annet uten at den forsvinner. Nå ser forskerne ut til å ha tatt et stort skritt mot å løse denne utfordringen.
– Det er fantastisk, sa Francois Butin, teknisk koordinator ved CERNs såkalte antimateriefabrikk, som er det eneste stedet i verden der antiprotoner kan produseres, lagres og studeres.
Et problem ved dagens målinger er at akseleratorer og nedbremsingssystemer skaper forstyrrelser som begrenser presisjonen. Løsningen forskerne jobber med, er å fange antiprotoner i en spesialutviklet ionefelle som kan flyttes til roligere omgivelser, der målinger kan gjøres langt mer nøyaktig.
– Vi ønsker å forstå noe om naturens grunnleggende symmetrier, og vi vet at hvis vi gjør disse eksperimentene utenfor dette akseleratoranlegget, kan vi måle 100 til 1.000 ganger bedre, sa Ulmer.
Før transportforsøket ble en sky på 92 antiprotoner fanget og lagret i en bærbar kryogen Penning-felle. Partiklene ble kjølt ned til 8,2 kelvin, tilsvarende minus 268 grader celsius, for å redusere bevegelsen deres. Samtidig sørget et kraftig vakuumsystem for at de ikke skulle kollidere med rester av gass i fellen og dermed tilintetgjøres.
Stemningen var spent da flere titalls CERN-forskere med vernehjelmer samlet seg ved antimateriefabrikken. En enhet som kunne minne om et stort arkivskap, med den 850 kilo tunge fellen inni, ble forsiktig løftet av en stor takkran og flyttet gjennom anlegget. Deretter kom det avgjørende øyeblikket: Kassen ble lastet opp på en lastebil.
– Den mest kritiske delen er ute på veien, fordi du får ekstra vibrasjoner der, sa Marcus Jankowski, som har ansvar for sikkerheten i CERNs avdeling for eksperimentell fysikk.
Lastebilen, merket med teksten Antimatter in Motion, kjørte sakte gjennom CERN-området, ledsaget av kjøretøy med varsellys. Ulmer fulgte etter i bil og overvåket en måling på telefonen som viste «vitaltegnene» til antimaterien. Han forklarte at frekvensmønsteret til antiprotonene normalt danner en M-form med to topper, der høyden indikerer hvor mange partikler som er fanget. Hvis mønsteret endrer seg til én topp, kan det bety at antiprotonene har blitt tilintetgjort.
Underveis endret formen seg noe, men Ulmer forklarte senere at det skyldtes at detektorens resonansfrekvens hadde flyttet seg noen få hertz.
– Partiklene er fortsatt på samme sted, sa han etter turen.
– Alt gikk som det skulle … Det er en veldig stor suksess.
På sikt ønsker CERN å sende antiprotoner til flere laboratorier i Europa. Første stopp kan bli et presisjonslaboratorium i Düsseldorf i Tyskland, en kjøretur på rundt åtte timer.
– Dette betyr at vi må holde fellens superledende magnet ved en temperatur under 8,2 kelvin så lenge, sa Christian Smorra, som leder BASE-STEP-eksperimentet, i en uttalelse.
Den største utfordringen, understreket han, vil likevel komme ved ankomst.
– Å overføre antiprotonene til eksperimentet uten at de forsvinner.
