ビッグバンでは同量の物質と反物質が作られ、本来は互いに消滅して空の宇宙が残されるはずでした。しかし、物質は生き残り、宇宙を支配し、反物質は消滅しました。これは、粒子と対応する反粒子の基本的な性質の未知の違いが原因であると考えられています。反陽子の基本的性質の高精度測定は、物質-反物質非対称性の理解を深める可能性があります。そのためには反陽子の供給が必要です。現在、反陽子を生成して保管している施設は、CERN の反陽子減速器 (AD) のみです。加速器によって生成される磁場の変動のため、AD 付近の反陽子の高精度な研究は不可能です。したがって、この施設から他の研究室に反陽子を輸送することが急務です。現時点では、そのための適切な技術はありません。BASE-STEP は、この方向への一歩です。これは、反物質の高精度研究のために、CERN施設から他の場所の研究所に反陽子を保管して輸送するように設計された比較的コンパクトな装置です。24年2024月70日、BASE-STEPは、トラップされた陽子を反陽子の代用として使用する技術実証に成功しました。トラックで2025個の陽子の雲を現地に輸送しました。これは、再利用可能なトラップで遊離粒子を輸送した最初の例であり、他の研究所の実験への反陽子配送サービスの作成に向けた重要な足がかりです。手順にいくつかの改良を加えた後、反陽子はXNUMX年に輸送される予定です。
初めに、ビッグバンによって同量の物質と反物質が生成されました。両者は性質が同じで、電荷が反対で、磁気モーメントが逆になっているだけです。
物質と反物質はすぐに消滅して、空っぽの宇宙を残すはずでしたが、それは起こりませんでした。現在、宇宙は完全に物質に支配され、反物質は消滅しました。これは、基本粒子とそれに対応する反粒子の間に未知の違いがあり、それが物質が生き残り、反物質が消滅して物質と反物質の非対称性につながったと考えられています。
素粒子物理学の標準モデルの一部であるCPT（電荷、パリティ、時間反転）対称性によれば、粒子の基本特性は対応する反粒子と等しく、部分的に反対であるはずです。粒子と対応する反粒子の基本特性（質量、電荷、寿命、磁気モーメントなど）の差を高精度で実験的に測定することは、物質と反物質の非対称性を理解するのに役立ちます。これが、 CERNさん バリオン 反重粒子対称性実験 (BASE)。
BASE 実験は、反陽子の特性 (固有磁気モーメントなど) を ppb オーダーの分数精度で高精度に測定することにより、陽子と反陽子の対称性を調査するように設計されています。次のステップは、これらの測定値を陽子の対応する値と比較することです。固有磁気モーメントの場合、プロセス全体はラーモア周波数とサイクロトロン周波数の測定に基づいています。
現在、反陽子を日常的に生成し、保管している施設は、CERN の反陽子減速装置 (AD) のみです。これらの反陽子は、CERN の施設で研究する必要がありますが、施設内の加速器によって生成される磁場の変動により、反陽子の特性の測定精度が制限されます。そのため、AD で生成された反陽子を他の場所の研究所に輸送する必要があります。しかし、反物質は物質と接触するとすぐに消滅するため、扱いが容易ではありません。現在、研究者が高精度の研究を実施できるように、反陽子を他の場所の研究所に輸送するのに適した技術はありません。BASE-STEP (ポータブル反陽子を使用した実験における対称性テスト) は、この方向への一歩です。
BASE-STEP は、反物質の高精度研究のために、反陽子を CERN 施設から他の場所の研究所に保管、輸送するために設計された比較的コンパクトな装置です。これは BASE のサブプロジェクトであり、重量は約 1 トンで、元の BSE 実験の約 5 分の 1 の大きさです。
24年2024月70日、BASE-STEPは、トラップされた陽子を反陽子の代わりとして使用する技術実証に成功しました。トラックで2025個の陽子の雲を現地に輸送しました。これは、再利用可能なトラップで遊離粒子を輸送した最初の例であり、他の研究室での実験への反陽子配送サービスの構築に向けた重要な足がかりとなりました。手順をいくらか改良すれば、反陽子の輸送はXNUMX年に計画されています。
PUMA (反陽子不安定物質消滅) は、似た性質を持つ別の実験ですが、目的は異なります。 BASE-STEP と同様に、PUMA でも、CERN の反陽子減速器 (AD) ホールから ISOLDE 施設に反陽子を移動して、エキゾチックな核物理現象の研究に使用するための移動可能なトラップの準備が行われます。
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参照：
- CERN。ニュース – BASE実験がポータブル反物質に向けて大きな一歩を踏み出す。25年2024月XNUMX日掲載。 https://home.cern/news/news/experiments/base-experiment-takes-big-step-towards-portable-antimatter
- CERN. BASE-STEP の技術設計レポート。 https://cds.cern.ch/record/2756508/files/SPSC-TDR-007.pdf
- Smorra C., et al 2023. BASE-STEP: 基礎相互作用研究のための可搬型反陽子リザーバー。Rev. Sci. Instrum. 94, 113201. 16年2023月XNUMX日。DOI: https://doi.org/10.1063/5.0155492
- Aumann、T.、Bartmann、W.、Boine-Frankenheim、O. 他。プーマ、反陽子不安定物質消滅。ユーロ。物理学。 J.A 58, 88 (2022)。土井： https://doi.org/10.1140/epja/s10050-022-00713-x
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