안티프로톤 수송의 진전  

빅뱅은 서로를 소멸시켜 빈 우주를 남겨두어야 할 물질과 반물질을 동일한 양으로 생성했습니다. 그러나 물질은 살아남아 우주를 지배하는 반면 반물질은 사라졌습니다. 입자와 해당 반입자 간의 기본 속성에 대한 알려지지 않은 차이가 이에 대한 원인일 수 있다고 생각됩니다. 반양성자의 기본 속성에 대한 고정밀 측정은 물질-반물질 비대칭에 대한 이해를 풍부하게 할 수 있는 잠재력이 있습니다. 이를 위해서는 반양성자의 공급이 필요합니다. 현재 CERN의 반양성자 감속기(AD)는 반양성자를 생성하고 저장하는 유일한 시설입니다. 가속기에서 발생하는 자기장 변동으로 인해 AD 근처에서 반양성자에 대한 고정밀 연구를 수행할 수 없습니다. 따라서 이 시설에서 다른 연구실로 반양성자를 운반하는 것이 필수적입니다. 현재로서는 이를 수행할 수 있는 적합한 기술이 없습니다. BASE-STEP은 이 방향으로 나아가는 한 걸음입니다. 이것은 반양성자를 CERN 시설에서 다른 위치의 실험실로 저장하고 운반하여 반물질에 대한 고정밀 연구를 수행하도록 설계된 비교적 컴팩트한 장치입니다. BASE-STEP은 24년 2024월 70일에 반양성자를 대신하여 포획된 양성자를 사용하여 성공적인 기술 시연을 수행했습니다. 2025개의 양성자 구름을 트럭으로 지역적으로 운반했습니다. 이것은 재사용 가능한 트랩에서 느슨한 입자를 운반한 최초의 사례였으며 다른 실험실의 실험에 반양성자 전달 서비스를 만드는 데 중요한 발판이 되었습니다. 절차에 약간의 개선을 거쳐 XNUMX년에 반양성자를 운반할 계획입니다.  

처음에 빅뱅은 동일한 양의 물질과 반물질을 생성했습니다. 둘 다 속성이 동일하지만, 반대 전하를 가지고 있고 자기 모멘트가 반전되어 있습니다.  

물질과 반물질은 빠르게 소멸되어 빈 우주가 남았어야 했지만 그런 일은 일어나지 않았습니다. 이제 우주는 완전히 물질에 의해 지배되고 반물질은 사라졌습니다. 이는 기본 입자와 그에 상응하는 반입자 사이에 알려지지 않은 차이가 있어 물질은 생존하고 반물질은 제거되어 물질-반물질 비대칭이 발생했을 수 있다고 생각됩니다.  

입자 물리학의 표준 모형의 일부인 CPT(Charge, Parity, and Time reversal) 대칭에 따르면, 입자의 기본 속성은 해당 반입자의 속성과 동일하고 부분적으로 반대여야 합니다. 입자와 해당 반입자의 기본 속성(예: 질량, 전하, 수명 또는 자기 모멘트)의 차이에 대한 고정밀 실험 측정은 물질-반물질 비대칭을 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이는 CERN의 바리온 반중입자 대칭 실험(BASE).   

BASE 실험은 10억 분의 1의 분수 정밀도로 반양성자의 특성(예: 고유 자기 모멘트)을 고정밀로 측정하여 양성자 반양성자 대칭을 조사하도록 설계되었습니다. 다음 단계는 이러한 측정값을 양성자에 대한 해당 값과 비교하는 것입니다. 고유 자기 모멘트의 경우 전체 프로세스는 Larmor 주파수와 사이클로트론 주파수의 측정을 기반으로 합니다.     

현재 CERN의 반양성자 감속기(AD)는 반양성자가 일상적으로 생산되고 저장되는 유일한 시설입니다. 이러한 반양성자는 CERN 시설에서 연구해야 하지만, 이 시설의 가속기에서 발생하는 자기장 변동으로 인해 반양성자 특성 측정의 정확도가 제한됩니다. 따라서 AD에서 생성된 반양성자를 다른 위치의 실험실로 운반해야 합니다. 그러나 반물질은 물질과 접촉하면 빠르게 소멸되므로 처리하기 쉽지 않습니다. 현재 연구자들이 고정밀 연구를 수행할 수 있도록 반양성자를 다른 위치의 실험실로 운반할 수 있는 적합한 기술은 없습니다. BASE-STEP(Symmetry Tests in Experiments with Portable antiprotons)은 이 방향으로 나아가는 한 걸음입니다.  

BASE-STEP은 반양성자를 CERN 시설에서 다른 위치의 실험실로 저장하고 운반하여 반물질에 대한 고정밀 연구를 수행하도록 설계된 비교적 컴팩트한 장치입니다. BASE의 하위 프로젝트로, 무게는 약 1톤이고 원래 BSE 실험보다 약 5배 작습니다.  

24년 2024월 70일, BASE-STEP은 포획된 양성자를 반양성자 대신 사용하여 성공적인 기술 시연을 수행했습니다. 2025개의 양성자 구름을 트럭으로 지역적으로 운송했습니다. 이는 재사용 가능한 트랩에서 느슨한 입자를 운송한 최초의 사례였으며 다른 실험실의 실험에 반양성자 전달 서비스를 만드는 데 중요한 발판이 되었습니다. 절차를 약간 개선하여 XNUMX년에 반양성자를 운송할 계획입니다.  

PUMA(antiProton Unstable Matter Annihilation)는 비슷한 성격의 또 다른 실험이지만 다른 목적을 목표로 합니다. BASE-STEP과 마찬가지로 PUMA는 또한 CERN의 Antiproton Decelerator(AD) 홀에서 ISOLDE 시설로 반양성자를 옮겨 이색적인 핵물리 현상 연구에 사용하기 위한 운반 가능한 트랩을 준비하는 것을 포함합니다.  

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참조 :  

1. CERN. 뉴스 – BASE 실험이 휴대용 반물질을 향한 큰 발걸음을 내딛다. 25년 2024월 XNUMX일 게시. 다음에서 이용 가능 https://home.cern/news/news/experiments/base-experiment-takes-big-step-towards-portable-antimatter  

2. CERN. BASE-STEP의 기술 설계 보고서.  https://cds.cern.ch/record/2756508/files/SPSC-TDR-007.pdf 

3. Smorra C. 등 2023. BASE-STEP: 기본 상호작용 연구를 위한 이동식 반양성자 저장소. Rev. Sci. Instrum. 94, 113201. 16년 2023월 XNUMX일. DOI: https://doi.org/10.1063/5.0155492 

4. Aumann, T., Bartmann, W., Boine-Frankenheim, O. 외. PUMA, 항양성자 불안정 물질 소멸. 유로. 물리. J.A 58, 88(2022). DOI: https://doi.org/10.1140/epja/s10050-022-00713-x 

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