歐洲核子研究中心正在建造儲存和運輸反物質的容器
據悉，歐洲核子研究中心（CERN）正在研究儲存和運輸反物質的方法。當然，在現階段，這肯定不會是為了給任何秘密建造的星際飛船提供動力，而是為了更好地研究反質子，從而更多地了解它們和宇宙的本質。
上圖：幫助儲存和運輸反物質的BASE-STEP陷阱示意圖
反物質是宇宙中最大的謎團之一，自20世紀中葉被證實存在以來，一直困擾著科學家們。儘管反物質的粒子與它們對應的物質具有相同的質量，但它們具有相反的電荷和其他量子差異。這意味著，當物質和反物質相遇時，它們都在伽馬射線和中微子的巨大閃光中湮滅。
這當然會造就壯觀的亞原子煙火，但也提出了一個大問題。根據宇宙形成的標準理論，物質和反物質應該有相等的部分。如果是這樣的話，要麼宇宙不存在，要麼我們應該有廣闊的空間區域在物質和反物質混合的邊緣噴出伽瑪射線。
上圖：BASE 實驗
相反，反物質極其罕見。它怎麼了？它是否僅限於我們看不見的極遙遠的星系？是不是產生了如此多的物質，以至於它消滅了所有的反物質，現在宇宙就是由剩餘物組成的？有沒有從早期宇宙中看到的反物質，或者它都是由原子和宇宙射線相互作用產生的？還是基本理論有誤？
這些問題的答案將揭示許多關於宇宙的性質和歷史，所以物理學家們非常渴望了解更多關於反物質，特別是反質子的知識，反質子除了它們的電荷外，幾乎與質子相同。如果還有其他不同之處，那這些可能會提供重要線索。
在歐洲核子研究中心（CERN），反質子是通過實驗室的質子同步加速器向金屬目標發射質子束產生的。這些反質子具有很大的能量，大約在3500兆電子伏左右，所以在對它們進行研究之前，需要將它們減速為緩慢的或是「冷卻」的反質子。這是在反質子減速機中完成的，通過讓一束反質子穿過一層薄金屬箔，將它們減速到5.3兆電子伏。
然而，這還不夠，所以歐洲核子研究中心使用了超低能量反質子（ELENA）機器，它利用等離子體將反質子的速度降低到只有90keV。這是可行的，但是大量的反質子被摧毀，剩下的反質子需要數千年才能產生一毫微克的反物質。
不幸的是，歐洲核子研究中心的反物質工廠還有另一個問題。一旦反質子產生並冷卻，你如何研究它們？工廠里的磁性環境對於精密的實驗來說太吵了，所以反質子需要被儲存並轉移到另一個設備。這個操作就很棘手啦，因為你不能直接把它們塞進信封裡帶走。事實上，它們需要一個容器，在那裡它們不會碰任何東西，但可以很容易地移動。
上圖：這些儲存容器將用於將反物質從一個設施轉移到另一個設施
為了實現這一目標，歐洲核子研究委員會已經批准在兩個實驗的基礎上開發一個變種，叫做BASE-STEP和PUMA，以生產更穩定、更緊湊的版本，用於製造可以用小型卡車運輸的設備。這兩個實驗將結合在一起產生一個單元，一個捕獲並釋放反質子，另一個儲存反質子。
基本步驟是在超導磁體的內孔內安裝一個「潘寧」陷阱，該磁體經過加固以便於運輸。在液氦冷卻下，陷阱使用均勻的軸向磁場和不均勻的四極電場來捕獲和釋放反質子。這聽起來很簡單，但實際上它有超過6英尺（1.9米）長，重達一噸。
同時，PUMA是一個雙區陷阱，位於一噸重的超導螺線管磁鐵內，磁鐵被清空到極高的真空度，冷卻到絕對零度以上4度。產生的磁場可以保持反質子，同時使它們長時間不與物質接觸。
預計，當2023年完成並投入使用時，新的存儲設備將用於將反物質從反物質工廠，轉移到歐洲核子研究中心（CERN）的Isolde設施，用於研究奇異的核物理。除了比較反質子和質子，反物質還將用於轟擊短壽命元素，以確定其核表面質子和中子的相對密度，這將提高人類對中子星內部的理解。
如果朋友們喜歡，敬請關注「知新了了」！
