- نجح العلماء في نقل 92 مضاد بروتون، محققين رقمًا قياسيًا تاريخيًا.
- تم تخزين مضادات البروتون في حاوية متنقلة لأكثر من شهر دون فقدان أي جسيم.
- يقع فخ BASE-STEP في مصنع المادة المضادة التابع لـ CERN، وهو مصمم لقياسات عالية الدقة.
- يعتزم العلماء نقل مضادات البروتون إلى مختبرات عالية الدقة لإجراء قياسات مقارنة.
نجح العلماء لأول مرة في نقل مضادات البروتون عبر مركبة نقل مصممة خصيصًا لهذا الغرض. ووفقًا لتقرير التجربة التي نفذها فريق تعاون BASE، تم تخزين مضادات البروتون في حاوية نقل متنقلة لأكثر من شهر، محققين بذلك رقمًا قياسيًا تاريخيًا. وأوضح الفريق أن مقارنة البروتونات (المكونات الموجبة الشحنة في نواة الذرة) بمضادات البروتون (نظائرها في المادة المضادة) تُعد من أكثر الوعود الواعدة للبحث عن فروقات بين المادة والمادة المضادة. وأي اختلاف في الكتلة أو العزم المغناطيسي قد يشير إلى أصل محتمل لعدم التماثل بين المادة والمادة المضادة الذي يمكن رصده في الكون.
تم في هذه العملية نقل 92 مضاد بروتون محبوس. ويُتيح ما يُعرف بفخ Penning فائق التفريغ إجراء قياسات عالية الدقة للبروتونات ومضادات البروتون المحبوسة. وقد صمم و operationally يدير فريق تعاون بحثي BASE (تجربة تماثل الباريون - antibaryon symmetry experiment) هذا الفخ المعروف باسم BASE-STEP، الموجود في المنظمة الأوروبية للبحوث النووية (CERN)، وبشكل أدق داخل "مصنع المادة المضادة" (AMF) التابع لها. ووفقًا للبيان الصحفي، يُعد AMF المنشأة الوحيدة في العالم القادرة على إنتاج مضادات البروتون منخفضة الطاقة وتخزينها ودراستها.
صرح أستاذ التقنيات الكمومية والتناظر الأساسي في HHU، Stefan Ulmer: "في السنوات الأخيرة، أجرينا قياسات دقيقة للعزوم المغناطيسية الجوهرية لكلا الجسيمين، بدقة 0.3 ppb للبروتون و1.6 ppb لمضاد البروتون". ويُعد Ulmer مؤسس BASE ومتحدثها باسمها، كما أنه أحد المؤلفين المشاركين في الدراسة الجديدة المنشورة في مجلة Nature. وتوضح الدراسة نقل مضادات البروتون المحبوسة في BASE-STEP عبر الطرق، حيث تم نقل 92 مضاد بروتون محبوسة على مسار يبلغ 7.5 كيلومترات من مصنع المادة المضادة، دون أي فقدان للجسيمات أو تدهور قابل للقياس في التفريغ.
عصر جديد للقياسات الدقيقة لمضادات البروتون
يمثل هذا الإنجاز بداية عصر جديد للقياسات الدقيقة لمضادات البروتون، وذلك في بيئات مختبرية مخصصة خارج الموقع ذات ضوضاء منخفضة.
خطط المختبرات عالية الدقة المستقبلية
أوضح الباحث الرئيسي في BASE-STEP والمؤلف المراسل للدراسة، الدكتور Christian Smorra: "لا يمكننا تحسين دقة القياس أكثر في AMF، لأن عمليات المنشأة تسبب تقلبات في المجالات المغناطيسية تؤثر على أجهزة القياس لدينا". وسينقل العلماء مضادات البروتون إلى مختبر آخر عالي الدقة. وأضاف: "لا يمكننا العثور على ظروف أفضل خارج CERN فقط. ومن هنا نشأت فكرة فخ BASE-STEP المتنقل والمفتوح: سننقل مضادات البروتون إلى مختبر آخر عالي الدقة لتحقيق تحسن في الدقة لا يقل عن 100 ضعف".
إحدى مضادات البروتون المخزنة متجهة إلى المختبر عالي الدقة الذي يعمل فريق Ulmer حاليًا على إنشائه في HHU لإجراء قياسات مقارنة بين البروتونات ومضادات البروتون.
صرح الدكتور Smorra: "أجرينا في مارس تدريبًا ناجحًا أثبت أن فكرتنا قابلة للتنفيذ. هدفنا التالي هو جعل الفخ مستقلًا بما يكفي ليتم نقله من جنيف إلى دوسلدورف، بوقت نقل يصل إلى عشر ساعات".
أهمية نقل مضادات البروتون لدراسة المادة
لا تمثل تجربة نقل مضادات البروتون الناجحة هذه إنجازًا كبيرًا للعلماء في أبحاث المادة المضادة فحسب، بل توفر أيضًا منهجية جديدة لاستكشاف الفروقات بين المادة والمادة المضادة. ومن خلال القياس الدقيق للعزم المغناطيسي لمضادات البروتون، يأمل العلماء في الكشف عن الأسباب الكامنة وراء عدم التماثل بين المادة والمادة المضادة في الكون. ومع التقدم في تقنيات النقل، ستعزز المختبرات عالية الدقة المستقبلية من دقة القياسات، وهو ما سيكون له تأثير بعيد المدى على فهم القوانين الفيزيائية الأساسية وطبيعة الكون.