Maendeleo katika Usafirishaji wa Antiproton  

Mlipuko Mkubwa ulitokeza kiasi sawa cha maada na antimatter ambacho kingeangamizana na kuacha nyuma ulimwengu tupu. Hata hivyo, maada iliokoka na kutawala ulimwengu huku antimatter ilitoweka. Inafikiriwa kuwa tofauti fulani isiyojulikana katika sifa za kimsingi kati ya chembe na antiparticles zinazolingana zinaweza kuwajibika kwa hili. Vipimo vya usahihi wa hali ya juu vya sifa za kimsingi za antiprotoni vinaweza kuimarisha uelewano wa ulinganifu wa matter-antimatter. Inahitaji ugavi wa antiprotoni. Hivi sasa, Antiproton Decelerator (AD) ya CERN ndiyo kituo pekee ambapo antiprotoni huzalishwa na kuhifadhiwa. Haiwezekani kufanya tafiti za usahihi wa juu wa antiprotoni karibu na AD kutokana na kushuka kwa uga wa sumaku unaotokana na vichapuzi. Kwa hivyo, kusafirisha antiprotoni kutoka kituo hiki hadi maabara zingine ni muhimu. Kwa sasa, hakuna teknolojia inayofaa kufanya hivyo. BASE-STEP ni hatua mbele katika mwelekeo huu. Ni kifaa kidogo kilichoundwa ili kuhifadhi na kusafirisha antiprotoni kutoka kituo cha CERN hadi kwenye maabara katika maeneo mengine kwa ajili ya uchunguzi wa usahihi wa juu wa antimatter. Mnamo tarehe 24 Oktoba 2024, BASE-STEP ilifanya onyesho la teknolojia lililofaulu kwa kutumia protoni zilizonaswa kama kingo za antiprotoni. Ilisafirisha wingu la protoni 70 ndani ya lori. Hili lilikuwa tukio la kwanza la usafirishaji wa chembe zilizolegea katika mtego unaoweza kutumika tena na hatua muhimu kuelekea uundaji wa huduma ya utoaji wa antiprotoni kwa majaribio katika maabara zingine. Pamoja na marekebisho kadhaa katika taratibu, antiprotoni zimepangwa kusafirishwa mnamo 2025.  

Hapo mwanzo, Big Bang ilitoa kiasi sawa cha maada na antimatter. Zote mbili zinafanana katika mali, kwa vile tu zina malipo kinyume, na muda wao wa sumaku hubadilishwa.  

Jambo hilo na antimatter zilipaswa kuangamizwa haraka na kuacha ulimwengu tupu hata hivyo hilo halikufanyika. Ulimwengu sasa umetawaliwa kabisa na mata huku antimatter ikitoweka. Hii inadhaniwa kuwa kuna tofauti isiyojulikana kati ya chembe za kimsingi na antiparticles zinazolingana, ambayo inaweza kuwa imesababisha kuwepo kwa jambo huku antimatter iliondolewa na kusababisha ulinganifu wa jambo-antimatter.  

Kulingana na ulinganifu wa CPT (Charge, Usawa, na Urejeshaji Muda), ambayo ni sehemu ya Muundo Sanifu wa fizikia ya chembe, sifa za kimsingi za chembe zinapaswa kuwa sawa na kwa kiasi kinyume na zile za antiparticles zinazolingana. Vipimo vya majaribio vya usahihi wa hali ya juu vya tofauti katika sifa za kimsingi (kama vile wingi, chaji, maisha au muda wa sumaku) wa chembe na antiparticles zinazolingana zinaweza kusaidia katika kuelewa ulinganifu wa matter-antimatter. Huu ndio muktadha wa CERN'S Baryoni Majaribio ya Ulinganifu wa Antibaryon (BASE).   

Majaribio ya BASE yameundwa ili kuchunguza Ulinganifu wa Antiprotoni ya Protoni kwa kufanya vipimo vya usahihi wa hali ya juu vya sifa (kama vile wakati halisi wa sumaku) za antiprotoni kwa usahihi wa sehemu kwa mpangilio wa sehemu kwa bilioni. Hatua inayofuata ni kulinganisha vipimo hivi na maadili yanayolingana ya protoni. Kwa wakati wa asili wa sumaku, mchakato mzima unategemea vipimo vya mzunguko wa Larmor na mzunguko wa cyclotron.     

Kwa sasa, Antiproton Decelerator (AD) ya CERN ndiyo kituo pekee ambapo antiprotoni huzalishwa na kuhifadhiwa mara kwa mara. Antiprotoni hizi zinahitaji kuchunguzwa hapa katika kituo cha CERN hata hivyo mabadiliko ya uga wa sumaku yanayotolewa na kichapuzi kwenye tovuti huzuia usahihi wa vipimo vya sifa za antiprotoni. Kwa hivyo, ni muhimu kusafirisha antiprotoni zinazozalishwa katika AD hadi kwa maabara katika maeneo mengine. Lakini antimatter si rahisi kushughulika nayo kwani huangamiza haraka inapogusana na jambo. Kwa sasa, hakuna teknolojia inayofaa kusafirisha antiprotoni hadi kwenye maabara katika maeneo mengine ili watafiti wafanye tafiti za usahihi wa hali ya juu. BASE-STEP (Majaribio ya Ulinganifu katika Majaribio yenye antiprotoni za Kubebeka) ni hatua mbele katika mwelekeo huu.  

BASE-STEP ni kifaa kidogo kilichoundwa ili kuhifadhi na kusafirisha antiprotoni kutoka kituo cha CERN hadi maabara katika maeneo mengine kwa ajili ya uchunguzi wa usahihi wa juu wa antimatter. Ni mradi mdogo wa BASE, una uzani wa takriban tani moja na ni ndogo takriban mara tano kuliko jaribio la asili la BSE.  

Mnamo tarehe 24 Oktoba 2024, BASE-STEP ilifanya onyesho la teknolojia lililofaulu kwa kutumia protoni zilizonaswa kama kingo za antiprotoni. Ilisafirisha wingu la protoni 70 ndani ya lori. Hili lilikuwa tukio la kwanza la usafirishaji wa chembe zilizolegea katika mtego unaoweza kutumika tena na hatua muhimu kuelekea kuundwa kwa huduma ya utoaji wa antiprotoni kwa majaribio katika maabara nyingine. Pamoja na uboreshaji fulani katika taratibu, usafirishaji wa antiproton umepangwa mnamo 2025.  

PUMA ( AntiProton Unstable Matter Annihilation) ni jaribio lingine la asili sawa lakini linalolenga lengo tofauti. Kama vile BASE-STEP, PUMA pia inahusisha utayarishaji wa mtego unaoweza kusafirishwa ili kuhamisha antiprotoni kutoka kwa jumba la CERN la Antiproton Decelerator (AD) hadi kituo chake cha ISOLDE kwa ajili ya matumizi katika utafiti wa matukio ya kigeni ya fizikia ya nyuklia.  

*** 

Marejeo:  

1. CERN. Habari - Jaribio la BASE huchukua hatua kubwa kuelekea antimatter inayobebeka. Ilichapishwa tarehe 25 Oktoba 2024. Inapatikana kwa https://home.cern/news/news/experiments/base-experiment-takes-big-step-towards-portable-antimatter  

2. CERN. Ripoti ya Usanifu wa Kiufundi ya BASE-STEP.  https://cds.cern.ch/record/2756508/files/SPSC-TDR-007.pdf 

3. Smorra C., et al 2023. HATUA YA MSINGI: Hifadhi ya antiprotoni inayoweza kusafirishwa kwa masomo ya kimsingi ya mwingiliano. Mchungaji Sci. Ala. 94, 113201. 16 Novemba 2023. DOI: https://doi.org/10.1063/5.0155492 

4. Aumann, T., Bartmann, W., Boine-Frankenheim, O. et al. PUMA, maangamizi ya antiProtoni yasiyokuwa thabiti. Eur. Phys. J. A 58, 88 (2022). DOI: https://doi.org/10.1140/epja/s10050-022-00713-x 

*** 

Related makala 

• Kwa nini 'Mambo' Yanatawala Ulimwengu na sio 'Antimatter'? Katika Kutafuta Kwa Nini Ulimwengu Upo (18 Aprili 2020) 

• Kufunua Fumbo la Asymmetry ya Matter-Antimatter ya Ulimwengu kwa Majaribio ya Neutrino Oscillation (1 2020 Mei)  

• Migongano ya chembe za utafiti wa "Ulimwengu wa mapema sana": Muon collider ilionyesha (31 Oktoba 2024)  

***