CERN正在建造用来储存和运输反物质的容器
- 来源：cnBeta
- 2021/3/30 13:31:51
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据外媒报道，欧洲核子研究中心(CERN)正在研究储存和运输反物质的方法从而能更好地研究反质子以了解更多关于它们和宇宙的本质。反物质是宇宙中最大的谜团之一，自20世纪中叶被证实存在以来一直困扰着科学家们。
尽管反物质的粒子跟它们对应的物质具有相同的质量，但它们却有着相反的电荷和其他量子差异。这意味着，当物质和反物质相遇时，它们都在伽马射线和中微子的巨大闪光中湮灭。
这造就了壮观的亚原子焰火，但也引发了一个大问题。根据宇宙如何形成的标准理论，物质和反物质的比例应该是相等的。如果是这样的话，那么要么宇宙不存在要么我们拥有广阔的空间用来喷撒伽玛射线--因为物质和反物质在边缘混合。
然而反物质极其罕见。它身上究竟发生了什么？它是否只限于我们看不见的遥远星系？是否因为创造了如此多的物质以至于湮灭了所有的反物质，现在的宇宙是由剩余的物质组成？反物质中是否可以从早期宇宙中看到或它们都是通过跟原子和宇宙射线的相互作用产生？还是基本理论有误？这些问题的答案都将揭示许多关于宇宙的本质和历史，所以物理学家非常渴望了解更多关于反物质--尤其是反质子--的东西。据悉，除了电荷之外，反质子几乎跟质子相同。如果存在其他差异，这些可能会提供重要线索。
在CERN里，反质子是通过实验室的质子同步加速器向金属目标发射质子束产生的。这些反质子具有非常大的能量--约在3500兆电子伏左右，所以在对它们进行研究之前需要将它们减速为缓慢的或“冷却”的反质子。这项工作则在反质子减速机中完成，其通过让一束反质子穿过一层薄金属箔然后将它们减速到5.3兆电子伏。
然而这还不够，于是CERN使用了超低能量反质子(ELENA)机器进而通过利用等离子体将反质子的速度降低到只有90kev。这虽然是可行的，但大量的反质子却遭到摧毁，剩下的反质子需要数千年才能产生一毫微克的反物质。
遗憾的是，CERN的反物质工厂还有另一个问题。一旦反质子产生并冷却人们该如何研究它们呢？工厂里的磁性环境对于精密的实验来说太吵了，所以反质子需要被储存并转移到另一个设备。这很棘手，因为你不能直接把它们塞进设备里。事实上，它们需要一个容器，在那里它们不会碰任何东西，并且可以很容易地移动。
为了实现这一目标，CERN研究委员会已经批准在两个实验的基础上开发一个变种--BASE-STEP和PUMA以生产更稳定、更紧凑的版本，它可以用来建造可以用小卡车运输的设备。这两项实验将被结合起来以形成一个单元，其中一个单元用于捕获并释放反质子，另一个单元则用来存储反质子。
BASE-STEP是一个在为了运输而加固的超导磁体内的彭宁离子阱。该装置由液氦冷却，使用均匀的轴向磁场和不均匀的四极电场来捕获和释放反质子。这听起来很简单，但装置长度却超过6英尺(1.9米)，重一吨。
而与此同时，PUMA是一个双区陷阱，位于一个一吨重的超导螺线管磁体内。产生的磁场可以保持反质子，与此同时使它们长时间不跟物质接触。
当2023年完成并投入使用时，新的存储设备将被用来将反物质从反物质工厂转移到CERN的ISOLDE设施中。据悉，该设施用于研究奇异的核物理。除了比较反质子和质子之外，反物质还将被用来轰击寿命较短的元素以确定其原子核表面的质子和中子的相对密度，而这将提高我们对中子星内部的了解。
(原标题：CERN正在建造用来储存和运输反物质的容器)
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