PRO Антиматерию

Антипротоны с их большей массой было сложнее укротить, чем позитроны, но после того как антипротоны брали под контроль, получались гораздо бо́льшие пучки и гораздо больше энергии. Именно это приводило в возбуждение физиков. Через аннигиляцию антипротонов и протонов они смогли в экспериментах воспроизвести условия, которые существовали в первые моменты Большого взрыва. Технологи проявили изобретательность, обеспечив охлаждение, ряд различных специальных «беговых дорожек» и сложную электронику. Все это поражало и показывало, что антиматерию можно укротить. Да, возможно произвести и укротить антипротоны, но это медленный процесс, он требует большого терпения и стоит он дорого: миллионы долларов.

Ловушка Пеннинга

Хранение античастиц с высокими энергиями, соответствующими температурам, которые гораздо выше, чем даже в центре Солнца, требует больших ускорителей. Возможно ли удержать их в холоде, при комнатной температуре или более низкой температуре? В 1984 году немецко-американский ученый Ганс-Георг Демельт смог хранить один единственный позитрон на протяжении трех месяцев в цилиндре, в котором был создан вакуум, размером в половину человеческого пальца. Это был не первый подобный опыт Демельта.

Демельт родился и вырос в Германии, а в 1952 году был приглашен на работу в США и принял американское гражданство. Его интересы распространялись на атомные и молекулярные пучки и физику элементарных частиц. Он разработал метод удержания одиночных ионов, используемый для прецизионной спектроскопии высокого разрешения. В 1989 году был удостоен Нобелевской премии по физике за разработку метода удержания одиночных ионов. Впервые Демельт описал преимущества ионных ловушек для спектроскопии высокой разрешающей силы в 1956 году. В последующие годы он пытался строить подобные ловушки. В 1959 году Демельту удалось продержать в магнетронной ловушке (впоследствии названной ловушкой Пеннинга) 1 электрон в течение 10 секунд. В 1973 году ему удалось первое длительное хранение одного электрона, он также смог построить одноэлектронный генератор совместно с Дэвидом Винеландом и Филом Экстромом. В последующие годы он усовершенствовал этот метод.

Ганс-Георг Демельт (род. в 1922) – лауреат Нобелевской премии по физике за разработку метода удержания одиночных ионов, 1989

Хранение позитрона на протяжении трех месяцев получилось благодаря оригинальной комбинации электрических и магнитных полей в аппарате, который Демельт скромно назвал ловушкой Пеннинга – в честь Франца Пеннинга, голландского физика, чью оригинальную идею развил Демельт.

Идея ловушки Пеннинга восходит к 1930-м годам, к тем дням, когда еще только зарождалась электроника, а телевизоры начинали работу на катодных лучевых трубках. Электричество проходит через провода так, словно это жидкость. Подсоедините один конец провода к отрицательному электроду (аноду) мощной батареи, а другой конец к металлической пластине (катоду) внутри стеклянной трубки, наполненной газом. Таким образом электричество будет проходить сквозь газ, вызывая странное освещение. Когда его впервые увидели в последние годы XIX века, викторианское общество было очаровано.

Попытки понять, что происходит, привели к открытию Джозефом Джоном Томсоном электрона, носителя электрического тока. Он добился этого, используя электрические и магнитные поля для направления пучка.

Если магнитное поле достаточно мощное, оно может направлять электроны по четким кругам, где они оказываются в ловушках на орбитах и не могут перебраться в дальний конец трубки. По крайней мере, это происходит в идеальном вакууме. Если присутствуют остатки газа, электроны начнут сталкиваться с атомами, сбегать со своих орбит и будет течь ток.

Ловушка Пеннинга. Этот тип ловушек часто используется при точных измерениях свойств ионов и стабильных субатомных частиц, обладающих электрическим зарядом. В ЦЕРНе в ловушках Пеннинга хранят антипротоны и другие заряженные античастицы