Это прорыв: теперь антипротоны, создаваемые в ЦЕРНе, можно доставлять в высокоточные лаборатории вроде BASE-HHU, которые находятся далеко от ускорителей.

Как пишут ученые в Nature, только так можно сравнивать материю и антиматерию с максимальной точностью.

Протоны — кирпичики материи. Вместе с нейтронами они образуют ядра атомов. У них есть двойники из антиматерии — антипротоны.

По Стандартной модели физики частиц, они должны быть идентичны протонам, только с обратным зарядом и магнитным моментом. Но так ли это?

Коллаборация BASE ищет даже крошечные различия.

Нам нужна фантастическая точность, — объясняет профессор Штефан Ульмер, физик из HHU и глава BASE.

Но рядом с ускорителями ЦЕРНа магнитные помехи слишком сильны. Поэтому мы хотим доставлять антипротоны в Дюссельдорф, где построим защищенную лабораторию.

Антипротоны низких энергий, пригодные для измерений, производят только в ЦЕРНе — на Фабрике антиматерии  (AMF). Их уже умеют замедлять и удерживать в ловушке Пеннинга. Но как перевезти их в другую лабораторию за сотни километров?

Команда BASE создала BASE-STEP — автономную, транспортабельную ловушку. Осенью 2024 года с ее помощью впервые перевезли облако протонов на грузовике по территории ЦЕРНа.

Мы доказали, что частицы можно перевозить без потерь, — говорит Марсель Леонхардт, ведущий автор исследования. — Ловушка работала четыре часа без внешнего питания, а потом продолжила функционировать. Это ключевой шаг к перевозке антипротонов.

С мобильными генераторами мы сможем доставлять частицы в любую лабораторию Европы, — добавляет доктор Кристиан Сморра, руководитель проекта. — Если повторим успех с антипротонами, это откроет новую эру в прецизионных исследованиях антиматерии. Например, мы сможем изучать их в Дюссельдорфе.

Технология пригодится и для других частиц — например, высокозаряженных ионов из GSI в Дармштадте или молекулярных ионов антиматерии.

Исследование финансировал грант Европейского исследовательского совета (ERC).

Зачем это нужно

BASE проверяет CPT-инвариантность — фундаментальный принцип физики, согласно которому мир не изменится, если заменить материю антиматерией, отразить пространство и обратить время. Пока различий не нашли:

• Магнитные моменты протонов и антипротонов совпадают с точностью до 1,5 частей на миллиард.
• Отношение заряда к массе — с точностью до 16 частей на триллион.

Но если отклонения обнаружат, это перевернет Стандартную модель.

Это не просто академический интерес. Если CPT-инвариантность нарушена, значит, где-то  в фундаменте физики — трещина. Возможно, это объяснит, почему после Большого взрыва материи осталось больше, чем антиматерии.

Практические применения:

• Квантовые технологии — сверхточные ловушки могут стать основой для квантовых компьютеров.
• Медицина — методы удержания антипротонов помогут в адронной терапии рака.
• Новые материалы — изучение экзотических ионов может привести к открытию неизвестных свойств вещества.

Пока перевезли только протоны. Антипротоны куда капризнее — при контакте с материей они аннигилируют. Даже микроскопическая утечка в ловушке — и эксперимент провален. Кроме того, проект требует огромных затрат. Оправданы ли они, если Стандартная модель пока не дает сбоев?

Ранее ученые применили стандартную линейку для измерения дистанции во Вселенной.