سرن برای ذخیره‌سازی و انتقال پادماده محفظه مخصوص می‌سازد

مرکز تحقیقاتی «سرن» (CERN) روی راه‌های ذخیره‌سازی و انتقال پادماده کار می‌کند که هدف از اینکار، مطالعه بهتر «پاد پروتون» و دستیابی به اطلاعات بیشتر درباره ماهیت جهان است.

پادماده یکی از بزرگترین اسرار کیهانی است که وجودش در اواسط قرن بیستم تایید شد. در حالی که ذرات پادماده از جرم یکسان با همتایان خود بهره می‌برند، بار مخالف دارند و همچنین شاهد اختلافات کوانتومی میان آن‌ها هستیم. زمانی که ماده و پادماده با یکدیگر روبه‌رو می‌شوند، هردوی آن‌ها با تشعشع پرتوی گاما و نوترینوها از بین می‌روند.

چنین واکنشی یک سوال بزرگ برای دانشمندان ایجاد کرده. طبق تئوری استاندارد نحوه شکل‌گیری جهان، باید با مقدار مساوی ماده و پادماده روبه‌رو باشیم. اگر چنین موضوعی درست بود، یا نباید جهانی وجود داشته باشد یا اینکه باید با پرتوهای گاما زیادی در فضا مواجه شویم. با این وجود، پادماده فوق‌العاده کمیاب است، بنابراین چه اتفاقی برای آن رخ داده است؟

پاسخ به چنین سوالاتی می‌تواند ماهیت و تاریخچه جهان را مشخص کند و به همین علت دانشمندان به دنبال اطلاعات بیشتری درباره پادماده و پاد پروتون هستند. پاد پروتون تقریبا با پروتون یکسان است، اما بار متفاوتی دارد.

در مرکز سرن، پاد پروتون‌ها با پرتاب یک پرتوی پروتون از سنکروترون پروتون آزمایشگاه به یک هدف فلزی تولید می‌شوند که انرژی فوق‌العاده زیادی دارند. بنابراین برای مطالعه آن‌ها باید ابتدا سرعت آن‌ها را کاهش داد یا اینکه دما را کم کرد. با این حال، به اقدامات بیشتری هم نیاز است و در همین راستا پژوهشگران CERN از ماشین پاد پروتون فوق‌العاده کم انرژی (ELENA) استفاده می‌کنند.

حتی اگر در مرکز سرن بتوان پاد پروتون‌ها را تولید و دمایشان را کاهش داد، یک مشکل دیگر وجود دارد: چگونه می‌توان آن‌ها را مطالعه کرد؟ محیط مغناطیسی کارخانه نویز بسیار زیادی برای آزمایش‌های حساس دارد، بنابراین باید پاد پروتون‌ها را در محفظه‌ای ذخیره و به محیط دیگری منتقل کرد. ساخت چنین محفظه‌ای چالش‌های مخصوص به خود را دارد.

با وجود چالش‌ها، این مرکز تحقیقاتی می‌خواهد چنین محفظه‌ای را بسازد و به همین علت هیئت تحقیقاتی این مرکز به اجرای دو آزمایش به نام‌های «BASE-STEP» و «PUMA» چراغ سبز نشان داده. این آزمایش‌ها باید منجر به توسعه محفظه‌های پایدار و کامپکت برای انتقال پادماده درون کامیون‌ها کوچک شوند.

این دو آزمایش برای تولید یک واحد با یکدیگر ترکیب می‌شوند که یکی از آن‌ها وظیفه به دام انداختن و آزادسازی پاد پروتون‌ها را برعهده دارد و دیگری، آن‌ها را ذخیره می‌کند.

BASE-STEP یک تله مخصوص درون یک آهنربا ابررسانا است که برای حمل و نقل تقویت می‌شود. پژوهشگران برای خنک‌سازی آن از هلیوم مایع بهره می‌برند و تله از میدان مغناطیسی محوری همگن و یک میدان الکتریکی چهار قطبی ناهمگن برای به دام انداختن و آزادسازی پاد پروتون‌ها استفاده می‌کند. شاید چنین کاری ساده به نظر برسد، اما با محفظه‌ای ۱.۹ متری و ۱ تنی روبه‌رو هستیم.

دومین وسیله یعنی PUMA یک تله دو ناحیه‌ای درون یک سیم‌لوله مغناطیسی ابررسانا یک تنی است که در حد بالایی تخلیه شده و دمایش تا ۴ درجه بالای صفر مطلق کاهش پیدا کرده. میدان تولیدی توسط این دستگاه می‌تواند پاد پروتون‌ها را نگه دارد، در حالی که برای مدت طولانی با ماده تماسی ندارند.

زمانی که آزمایش‌ها تکمیل شوند و چنین محفظه ذخیره‌سازی در سال ۲۰۲۳ عملیاتی شود، از آن برای انتقال پادماده در مسافت کوتاه از کارخانه پادماده سرن به تاسیسات «ISOLDE» این مرکز استفاده خواهد شد.