Protonit liikkeellä: virstanpylväs antimateriaalitutkimuksessa!

Protonit liikkeellä: virstanpylväs antimateriaalitutkimuksessa!

BASE-yhteistyö, johon kuuluu myös Heinrich Heinen yliopisto Düsseldorf (HHU), on saavuttanut merkittävän läpimurron protonitutkimuksessa. 14. toukokuuta 2025 protonien kuljettaminen laboratorion ulkopuolelle demonstroitiin onnistuneesti. Tämä tapahtui osana innovatiivista projektia, jonka tavoitteena on mahdollistaa CERNissä tuotettujen antiprotonien kuljettaminen korkean tarkkuuden laboratorioihin, kuten HHU:n laboratorioihin. Protonit, jotka ovat aineen perustavanlaatuisia rakennuspalikoita, ovat suorassa yhteydessä antimatterivastineeseensa, antiprotoniin.

BASE-yhteistyössä tutkitaan protonien ja antiprotonien välisiä eroja fysiikan peruskysymyksien ratkaisemiseksi. Professori tohtori Stefan Ulmer HHU:sta selitti, että CERNin taustamelun vuoksi vaaditaan erittäin korkeaa mittaustarkkuutta, jota on yleensä vaikea saavuttaa. Nämä haasteet motivoivat uusien teknologioiden kehittämistä antiaineen alan tarkkuustutkimuksen edistämiseksi.

Innovatiivisia kuljetusratkaisuja

Tämän teknologisen kehityksen keskipiste on kuljetettava, suprajohtava Penning-loukkujärjestelmä nimeltä BASE-STEP. Syksyllä 2024 protonien häviötön kuljetus CERNin toimipisteen poikki demonstroitiin onnistuneesti. Järjestelmä voidaan varustaa myös liikkuvilla generaattoreilla, mikä mahdollistaa protonien kuljetuksen pidempään.

Seuraava askel tässä tutkimusprojektissa on antiprotonien kuljetus, joita tuotetaan ja varastoidaan CERNin ns. antimatter-tehtaassa (AMF). Yksi tämän uuden kuljetusmenetelmän tärkeimmistä eduista on mahdollisuus parantaa antimateriaalitutkimuksen tarkkuutta. Tällaiset onnistuneet kuljetukset voivat avata kauaskantoisia mahdollisuuksia tieteellisille löydöksille.

Mittaustarkkuus ja tutkimusrahoitus

Toistaiseksi BASE-yhteistyö on edistynyt huomattavasti. He saavuttivat mittauksissaan 1,5 ppm tarkkuuden protoneja ja antiprotoneja verrattaessa. Lisäksi yhteistyössä suoritettiin tarkin baryonien CPT-invarianssitesti, mikä oli toinen tärkeä askel perustutkimuksessa.

Nämä merkittävät edistysaskeleet rahoitettiin ERC-apurahalla, joka mahdollistaa BASE-yhteistyön mittausmenetelmien ja kuljetustekniikoiden edelleen kehittämisen. Itse yhteistyö perustettiin vuonna 2013, ja siihen kuuluu useita kansainvälisiä tutkimuslaitoksia, jotka työskentelevät yhdessä tutkiakseen antiaineen mysteereitä.

Protoni- ja antiprotonitutkimuksen alalla tapahtuva kehitys voisi paitsi vahvistaa fysikaalisia perusteita entisestään, myös edistää uusia tekniikoita ja menetelmiä, jotka ovat tärkeitä tuleville tieteellisille kysymyksille. BASE-yhteistyön tutkimustyöt ovat lisätodisteita antimateriaalitutkimuksen potentiaalista fysiikassa.