- Wissenschaftler transportieren erfolgreich 92 Antiprotonen und stellen damit einen historischen Rekord auf.
- Die Antiprotonen wurden über einen Monat im mobilen Behälter gelagert, ohne dass Teilchen verloren gingen.
- Die BASE-STEP-Falle befindet sich in der Antimatter Factory am CERN und ist für hochpräzise Messungen konzipiert.
- Die Forscher planen, die Antiprotonen zu Laboren mit höherer Präzision zu transportieren, um Vergleichsmessungen durchzuführen.
Wissenschaftlern ist es erstmals gelungen, Antiprotonen in einem eigens konstruierten Transportfahrzeug zu befördern. Wie das BASE-Kollaborationsteam in einem Experiment berichtet, wurden die Antiprotonen mehr als einen Monat lang in einem mobilen Transportbehälter gelagert – ein historischer Rekord. Das Team erläuterte, dass der Vergleich von Protonen – den positiv geladenen Bausteinen im Atomkern – mit Antiprotonen, ihren Gegenstücken aus Antimaterie, zu den vielversprechendsten Ansätzen gehöre, um nach Unterschieden zwischen Materie und Antimaterie zu suchen. Jede Differenz bei Masse oder magnetischem Moment könnte auf einen möglichen Ursprung der beobachtbaren Asymmetrie zwischen Materie und Antimaterie im Universum hinweisen.
Dabei wurden 92 gefangene Antiprotonen transportiert. Eine sogenannte Ultrahochvakuum-Penning-Falle ermöglichte hochpräzise Messungen an den eingefangenen Protonen und Antiprotonen. Die Forschungskooperation BASE (Baryon-Antibaryon Symmetry Experiment) entwickelte und betreibt eine als BASE-STEP bezeichnete Falle, die sich am Europäischen Kernforschungszentrum CERN befindet, genauer gesagt in dessen „Antimatter Factory" (AMF). Laut Pressemitteilung ist die AMF die weltweit einzige Anlage, die niederenergetische Antiprotonen produzieren, speichern und untersuchen kann.
Stefan Ulmer, Professor für Quantentechnologie und fundamentale Symmetrien an der HHU, erklärte: „In den vergangenen Jahren haben wir präzise Messungen der intrinsischen magnetischen Momente beider Teilchenarten durchgeführt, mit einer Genauigkeit von 0,3 ppb für das Proton und 1,6 ppb für das Antiproton." Ulmer ist Gründer und Sprecher von BASE sowie Mitautor der in der Fachzeitschrift Nature veröffentlichten neuen Studie. Diese demonstriert den Straßentransport von in BASE-STEP gefangenen Antiprotonen: 92 eingefangene Antiprotonen wurden über eine Strecke von 7,5 Kilometern von der Antimatter Factory verfrachtet, ohne Teilchenverluste oder messbaren Verlust des Vakuums.
Eine neue Ära präziser Antiprotonen-Messungen
Diese Leistung markiert den Beginn einer völlig neuen Ära präziser Antiprotonen-Messungen, durchgeführt in dedizierten, rauscharmen Offline-Laborumgebungen.
Geplante Hochpräzisionslabore der Zukunft
Dr. Christian Smorra, Hauptforscher bei BASE-STEP und korrespondierender Autor der Studie, erläuterte: „Wir können die Messgenauigkeit in der AMF nicht weiter verbessern, da der Betrieb der Anlage magnetische Fluktuationen verursacht, die unsere Messgeräte beeinträchtigen." Die Wissenschaftler werden die Antiprotonen in ein anderes Hochpräzisionslabor transportieren. „Bessere Bedingungen finden wir nur außerhalb des CERN. So entstand die Idee einer mobilen, offenen BASE-STEP-Falle: Wir werden die Antiprotonen in ein anderes Hochpräzisionslabor transportieren, um eine mindestens 100-fache Genauigkeitssteigerung zu erreichen."
Eines der Ziele für die gelagerten Antiprotonen ist das Hochpräzisionslabor, das Ulmers Team derzeit an der HHU aufbaut, um Vergleichsmessungen zwischen Protonen und Antiprotonen durchzuführen.
Dr. Smorra erklärte: „Im März haben wir eine erfolgreiche Generalprobe durchgeführt, die gezeigt hat, dass unsere Idee funktioniert. Unser nächstes Ziel ist es, die Falle autonom genug zu machen, um sie von Genf nach Düsseldorf transportieren zu können, mit einer Transportzeit von bis zu zehn Stunden."
Bedeutung des Antiprotonentransports für die Materieforschung
Dieses erfolgreiche Experiment zum Antiprotonentransport markiert nicht nur einen bedeutenden Durchbruch der Wissenschaftler in der Antimaterieforschung, sondern eröffnet auch neue Methoden zur Erforschung der Unterschiede zwischen Materie und Antimaterie. Durch präzise Messungen des magnetischen Moments von Antiprotonen hoffen die Forscher, die potenziellen Ursachen der Materie-Antimaterie-Asymmetrie im Universum aufzudecken. Mit den Fortschritten in der Transporttechnologie werden künftige Hochpräzisionslabore die Messgenauigkeit weiter erhöhen, was weitreichende Auswirkungen auf das Verständnis der fundamentalen Naturgesetze und des Wesens des Universums haben wird.