科学者らが史上初めて92個反陽子を陸路輸送し、専用容器で1か月超保管することに成功

科学者らは、専用に設計された輸送車両によって反陽子を輸送することに初めて成功した。BASEコラボレーションによる実験報告によれば、反陽子は移動式輸送容器内で1か月以上保管され、史上初の記録を達成した。研究チームは、陽子（原子核の正電荷を帯びた構成要素）と反陽子（その反物質対応物）を比較することが、物質と反物質の間の差異を探る上で最も有望な手法の一つであると述べた。質量や磁気モーメントにおけるわずかな差異は、宇宙で観測される物質と反物質の非対称性の起源を示す可能性がある。

今回の輸送では92個の閉じ込められた反陽子が運ばれた。いわゆる超高真空ペニングトラップにより、閉じ込められた陽子と反陽子に対する高精度測定が可能となった。BASE（Baryon-Antibaryon Symmetry Experiment）研究コラボレーションは、このトラップを設計・運用しており、欧州原子核研究機構（CERN）、より正確にはその「反物質ファクトリー」（AMF）内に設置されている。プレスリリースによれば、AMFは低エネルギー反陽子の生成、保管、研究が可能な世界唯一の施設である。

HHUの量子技術・基本対称性教授であるStefan Ulmer氏は「近年、我々は両粒子固有の磁気モーメントについて精密測定を行っており、陽子については0.3ppb、反陽子については1.6ppbの精度を達成している」と述べた。Ulmer氏はBASEの創設者兼スポークスマンであり、『Nature』誌に発表された新研究の共著者でもある。同研究では、BASE-STEPに閉じ込められた反陽子を道路輸送する方法が示されており、92個の閉じ込められた反陽子が反物質ファクトリーから7.5kmの経路を輸送され、粒子の損失や測定可能な真空劣化は確認されなかった。

反陽子の精密測定の新時代

この成果は、専用の低騒音オフライン実験室環境で行われる、反陽子の精密測定の新たな時代の幕開けを示すものである。

今後の高精度実験室計画

BASE-STEPの主任研究員であり、本研究の責任著者であるChristian Smorra博士は「AMF内では施設運転に伴う磁場揺らぎが測定機器に影響を与えるため、これ以上測定精度を向上させることはできない」と述べた。研究者らは反陽子を別の高精度実験室へ輸送する。「CERNの外に、より良い環境を見つけなければなりません。そこで、機動性のあるオープンなBASE-STEPトラップという発想が生まれました。反陽子を別の高精度実験室へ運び、少なくとも100倍の精度向上を実現するつもりです」と同氏は述べた。

保管された反陽子の一部は、現在Ulmer氏がHHUで構築中の高精度実験室へ送られ、陽子と反陽子の比較測定に用いられる予定である。

Smorra博士は「3月に成功裏にリハーサルを実施し、我々の構想が実現可能であることを証明しました。次の目標は、トラップを十分に自律化させて、ジュネーブからデュッセルドルフまで10時間の輸送に耐えられるようにすることです」と述べた。

反陽子輸送が物質研究にもたらす重要性

この反陽子輸送実験の成功は、反物質研究における科学者らの大きなブレークスルーを示すだけでなく、物質と反物質の間の差異を探る新たな手法を提供する。反陽子の磁気モーメントを精密測定することで、科学者らは宇宙における物質と反物質の非対称性の原因を解明できると考えている。輸送技術が進歩するにつれ、将来の高精度実験室はさらなる測定精度の向上を可能にし、基本物理法則と宇宙の根本的な性質を理解する上で深远な影響を与えるだろう。