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Nature-Studie dokumentiert verlustfreien Transport von Antiprotonen

92 Antiprotonen überstanden eine Lkw-Fahrt am CERN. Die jetzt veröffentlichte Studie zeigt, wie sich die Teilchen transportieren und länger speichern lassen. Das soll Messungen in ruhigeren Laboren ermöglichen.

Von Wolfgang

17. Sep. 20263 Min. Lesezeit

Nature-Studie dokumentiert verlustfreien Transport von Antiprotonen

92 Antiprotonen überstanden eine Lkw-Fahrt am CERN. Die jetzt veröffentlichte Studie zeigt, wie sich die Teilchen transportieren und länger speichern lassen. Das soll Messungen in ruhigeren Laboren ermöglichen.

Die Fahrt fand bereits im März statt, nun liegen die Ergebnisse in einer am 16. September veröffentlichten Nature-Studie zum Antiprotonentransport vor: Die BASE-Kollaboration brachte 92 Antiprotonen in einer mobilen Falle über eine 7,5 Kilometer lange Strecke auf dem CERN-Gelände. Während der 24-minütigen Fahrt ging keines der Teilchen verloren.

Antiprotonen sind die negativ geladenen Gegenstücke der Protonen im Atomkern. Die Forschenden wollen ihre Eigenschaften möglichst genau mit denen gewöhnlicher Materie vergleichen. Doch ausgerechnet der Ort, an dem die Antiprotonen erzeugt werden, setzt diesen Messungen Grenzen.

Eine ruhige Umgebung für empfindliche Messungen

Der Betrieb der Antimateriefabrik verursacht Magnetfeldschwankungen. Diese stören die empfindlichen Vergleiche, erläutert die Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf zum neuen Ergebnisbericht. Deshalb entwickelt das Team die Transportfalle BASE-STEP: Die Teilchen sollen künftig in ein Labor gelangen, in dem sich die Messbedingungen besser kontrollieren lassen.

Dort hoffen die Forschenden auf eine mindestens hundertfach höhere Präzision. Das ist ein Ziel für künftige Experimente, kein bereits erzieltes Resultat der Lkw-Fahrt. Ein Labor in Düsseldorf wird dafür aufgebaut. Auch ein messbarer Unterschied zwischen Protonen und Antiprotonen ist mit dem Transportversuch nicht nachgewiesen.

Drei schematische Stationen: Antiprotonen einfangen, in einer Falle transportieren und als nächster Schritt in einem ruhigen Labor präziser messen.
Schema, KI-generiert: Der Transport wurde erprobt. Die Übergabe an andere Messlabore und die dort angestrebte höhere Präzision sind weitere Schritte.

Die Falle muss auch unterwegs funktionieren

In der Falle halten elektrische und magnetische Felder die geladenen Teilchen fest. Ein extrem gutes Vakuum verhindert weitgehend Zusammenstöße mit Restgas. Während des autonomen Betriebs übernehmen Batterien die Stromversorgung; flüssiges Helium hält das System kalt.

Die Studie wertet außerdem 33 Tage Speicherung aus. Dabei wurde kein Verlust durch Restgas beobachtet. Ein einzelnes Antiproton ging allerdings bei einem späteren Versuch verloren, die gespeicherte Teilchenwolke aufzuteilen. Die verlustfreie Fahrt ist deshalb von einer vollständig verlustfreien Langzeitspeicherung zu unterscheiden. Kontrolliertes Abtrennen kleiner Teilchenmengen ist nötig, damit andere Experimente später aus dem Vorrat versorgt werden können.

Ein begleitender Nature-Kommentar von Nancy Paul und Davide Gamba ordnet die kurze Fahrt als möglichen Anfang von Lieferungen an weiter entfernte Forschungseinrichtungen ein. Die Autoren arbeiten ebenfalls an der CERN-Anlage und stehen mit der BASE-Kollaboration im Austausch; ihr Kommentar ist keine unabhängige Wiederholung des Versuchs.

Für die Strecke von Genf nach Düsseldorf reicht die bisher erprobte Fahrt noch nicht. Laut HHU soll die Falle als nächstes einen etwa zehnstündigen Transport autonom bewältigen können. Dazu kommen die Übergabe der Antiprotonen an eine Empfängerfalle und weitere Arbeiten an Stromversorgung und Kühlung. Erst damit wird aus dem erfolgreichen Versuch auf dem CERN-Gelände ein Weg zu Messungen an einem anderen Standort.

Quellen

Für diesen Artikel wurden KI-gestützte Recherche- und Editierwerkzeuge verwendet. Der Inhalt wurde redaktionell geprüft.