Antimadde, bilim kurgu gibi görünse de CERN Antiproton Yavaşlatıcı’da (AD) bilim insanları her gün antiproton üretip tuzağa düşürüyor. BASE deneyi, antiprotonları bir yıldan fazla süreyle saklayabiliyor ki bu, antimadde ve maddenin temas ettiğinde birbirini yok ettiği düşünülürse oldukça etkileyici bir başarı.
CERN AD salonu, dünyada antiprotonların saklanıp incelenebildiği tek yer. Ancak BASE deneyi üzerinde çalışan bilim insanları, BASE-STEP adlı bir alt projeyle bu durumu değiştirmeyi hedefliyor. BASE-STEP, antimaddeyi saklayıp taşımak için tasarlanmış bir cihazdır.
Bilim insanları ve mühendislerden oluşan ekip, bu hedef doğrultusunda önemli bir adım atarak CERN ana sahasında 70 protondan oluşan bir bulutu kamyonla taşıdı. BASE-STEP lideri Christian Smorra, “Eğer protonlarla yapabiliyorsanız, antiprotonlarla da yapabilirsiniz. Tek fark, antiprotonlar için çok daha iyi bir vakum odasına ihtiyaç duyulmasıdır,” dedi.
Bu, gevşek parçacıkların tekrar kullanılabilir bir tuzakta taşındığı ve başka bir konumda açılıp başka bir deneye aktarıldığı ilk seferdir. Nihai hedef, CERN’den diğer laboratuvarlara antiproton teslimatı yapmaktır.
Antimadde, sıradan maddeden neredeyse tamamen farklıdır; sadece yük ve manyetik özellikleri tersine çevrilmiştir. Fizik yasalarına göre, Büyük Patlama eşit miktarda madde ve antimadde üretmeliydi, bu da birbirini hızla yok ederek evreni boş bırakmalıydı. Ancak, madde hayatta kaldı ve antimadde neredeyse tamamen yok oldu. BASE deneyi, antiprotonların içsel manyetik momenti gibi özelliklerini hassas bir şekilde ölçerek bu sorunun cevabını arıyor.
BASE deneyi sözcüsü Stefan Ulmer, “AD salonundaki hızlandırıcı ekipmanları manyetik alan dalgalanmaları yaratıyor ve bu da ölçümlerimizin hassasiyetini sınırlıyor,” dedi. “Antiprotonların temel özelliklerini daha derinlemesine anlamak istiyorsak, buradan çıkmamız gerekiyor.”
BASE-STEP’in amacı, antiprotonları tuzağa düşürmek ve daha hassas bir şekilde incelenebilecekleri bir tesise taşımaktır. Bunu yapabilmek için, kamyona yüklenecek kadar küçük ve taşınma sırasında oluşacak sarsıntılara dayanabilecek bir cihaza ihtiyaçları var. Mevcut cihaz, süper iletken bir mıknatıs, kriyojenik soğutma, güç rezervleri ve manyetik ve elektrik alanları kullanarak parçacıkları tuzağa düşüren bir vakum odası içeriyor. Bu sistem, deneysel salondan çıkarılıp kamyona yüklenmesi için iki vinç gerektiren 1.000 kilogram ağırlığındadır. Ancak BASE-STEP, mevcut antimadde inceleme sistemlerinden çok daha kompakt. Örneğin, orijinal BASE deneyinden beş kat daha küçük bir alana sahiptir ve sıradan laboratuvar kapılarından geçecek kadar dardır.
Deneme sırasında, bilim insanları antiprotonlar yerine protonları kullandı. Protonlar, her atomun ana bileşenidir; en basit atom olan hidrojende bir proton ve bir elektron bulunur. Ancak, protonları gevşek parçacıklar olarak saklamak ve sonra kamyona taşımak zorlu bir iştir çünkü en ufak bir sarsıntı, bağlı olmayan protonları tekrar bir atom çekirdeğine çekebilir.
Smorra, “Taşındığında, tuzak sistemimiz ivme ve titreşimlere maruz kalıyor ve laboratuvar deneyleri genellikle buna göre tasarlanmamıştır,” dedi. “Bu kuvvetlere dayanabilecek kadar sağlam bir tuzak sistemi inşa etmemiz gerekiyordu ve şimdi bunu gerçek bir teste tabi tuttuk.”
Ancak Smorra, en büyük potansiyel engelin yolun bozukluğu değil trafik sıkışıklığı olduğunu belirtti. “Taşıma çok uzun sürerse, bir noktada helyumumuz tükenecek,” dedi. Sıvı helyum, tuzağın süper iletken mıknatısını maksimum çalışma sıcaklığı olan 8,2 Kelvin’in altında tutar. Eğer yolculuk çok uzun sürerse, manyetik alan kaybolacak ve tuzağa düşen parçacıklar serbest kalacak ve sıradan maddeye dokunduklarında yok olacaklar.
Smorra, “Sonunda, antimaddeyi Düsseldorf’taki Heinrich Heine Üniversitesi’ndeki özel hassasiyet laboratuvarlarımıza taşımak istiyoruz, bu da antimaddeyi en az 100 kat daha hassas bir şekilde incelememize olanak tanıyacak,” dedi. “Uzun vadede, bunu Avrupa’daki herhangi bir laboratuvara taşımak istiyoruz. Bu, kamyonda bir jeneratör bulundurmamız gerektiği anlamına geliyor. Şu anda bu olasılığı araştırıyoruz.”
Başarılı testin ardından, ekip prosedürlerini rafine etmeyi ve gelecek yıl antimadde taşımayı planlıyor. “Bu, sadece antiprotonlarla değil, aynı zamanda ultra yüksek yüklü iyonlar gibi diğer egzotik parçacıklarla da yeni çalışma olanakları açacak tamamen yeni bir teknoloji,” dedi Ulmer.
Başka bir deney olan PUMA, taşınabilir bir tuzak hazırlıyor. Gelecek yıl, antiprotonları ADH salonundan CERN’in ISOLDE tesisine 600 metre taşıyarak egzotik atom çekirdeklerinin özelliklerini ve yapısını incelemek için kullanmayı planlıyor.