Физики больше месяца хранили антиматерию почти без потерь

В марте 2026 года ученые впервые перевезли антипротоны по дороге в специально сконструированной ловушке, установленной на грузовике. Коллаборация BASE, которая проводила в ЦЕРНе этот эксперимент, обнародовала его результаты на страницах Nature.

Сравнение протонов с антипротонами — один из самых перспективных способов поиска различий между материей и антиматерией. Если выявить какую-то, пусть даже микроскопическую, разницу — она могла бы объяснить сложившуюся сразу после Большого взрыва асимметрию между ними, в которой нам всем выпало жить.

Так называемые ловушки Пеннинга со сверхвысоким вакуумом позволяют проводить высокоточные измерения протонов и антипротонов, удерживаемых в них. Такую ловушку BASE (Baryon Antibaryon Symmetry Experiment — эксперимент по проверке симметрии барионов и антибарионов) — она назвается BASE-STEP — построила в ЦЕРНе, а точнее, в тамошней «Фабрике антиматерии» (AMF). AMF — единственная в мире установка, где можно производить, хранить и изучать низкоэнергетические антипротоны.

«За последние годы мы уже добились прецизионных измерений собственного магнитного момента обоих типов частиц с точностью 0,3 миллиардных (ppb) для протонов и 1,6 ppb для антипротонов», — говорит профессор Штефан Ульмер из Университета имени Генриха Гейне в Дюссельдорфе (HHU), основатель коллаборации BASE.

Зачем вывозить антиматерию за пределы ЦЕРНа

«Мы не можем дальше повышать точность измерений на AMF, потому что работа установки вызывает флуктуации магнитного поля, которые влияют на наше измерительное оборудование. Лучшие условия можно найти только за пределами ЦЕРНа. Так родилась идея мобильной открытой ловушки BASE-STEP — мы перевезем антипротоны в другое место, где есть высокоточная лаборатория, чтобы добиться как минимум стократного улучшения точности», — объясняет ведущий исследователь BASE-STEP Кристиан Сморра.

После успешной перевозки протонов в октябре 2024 года команда BASE в марте 2026 года с помощью той же ловушки успешно перевезла антипротоны. Всего из AMF извлекли и поместили в BASE-STEP 92 частицы. Ловушку погрузили в автомобиль, и он сделал два круга по территории ЦЕРНа, преодолев за 24 минуты 7,5 километров.

После этого ловушку выгрузили, не потеряв ни одного антипротона. Она еще 33 дня стояла в ангаре под постоянным контролем содержимого. На 26-й день один антипротон был все-таки потерян — вылетел за пределы удержания и аннигилировал.

«Особенно важно обеспечить чрезвычайно хороший вакуум в мобильной ловушке для долговременного хранения, чтобы антипротоны не терялись из-за столкновений с другими частицами. Впервые в мире в открытой ловушке, в которую антипротоны можно инжектировать и затем извлекать, мы получили вакуум лучше 2,2⋅10⁻¹⁸ мбар в течение всего периода хранения — существенно лучше нашей проектной цели в 1⋅10⁻¹⁶ мбар», — доволен ведущий автор исследования Марсель Леонхардт.

Следующий рейс

Пункт назначения для транспортировки антипротонов — высокоточная лаборатория, которую собирает команда Ульмера в HHU для проведения сравнительных измерений протонов и антипротонов.

«В марте мы провели успешную генеральную репетицию с перевозкой и смогли доказать, что наша идея работает. Следующая цель — сделать ловушку достаточно автономной, чтобы обеспечить 10-часовую перевозку из Женевы в Дюссельдорф», — поделился Сморра.

«Конечная цель — ответить на один из фундаментальных вопросов физики: почему Вселенная наполнена материей, а не антиматерией?» — заключил Ульмер.