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Mobile Falle, um Antimaterie zwischen Forschungslabors zu transportieren

11.11.2020

Es ist bekannt, dass Antimaterie eine Substanz ist, deren Lagerung und Transport mit vielen Schwierigkeiten behaftet sind, da sie, diese Antimaterie, sofort danach strebt, das Material des Behälters, in dem sie sich befindet, zu zerstören. Und kürzlich haben Wissenschaftler von CERN BASE einen Weg gefunden, Antimaterie sicher zu wissenschaftlichen Instrumenten in anderen Labors zu transportieren, wo Wissenschaftler damit versuchen werden, einige der grundlegenden Geheimnisse unseres Universums zu „enthüllen“.

Die Antimaterie-Verzögerer-Anlage (AD) ist einer der wenigen Orte auf der Erde, an denen Antimaterie produziert wird. Die Besonderheiten des Betriebs dieser Anlage, insbesondere die darin verwendeten stärksten Magnetfelder, machen ihren Standort jedoch völlig ungeeignet, um andere Experimente durchzuführen. Und dann ist da noch das Problem, Antimaterie an andere Orte zu transportieren, die für die Forschung besser geeignet sind.

BASE-Wissenschaftler haben bereits das Design einer mobilen Falle mit dem Namen BASE-STEP abgeschlossen. Dieser Aufbau basiert auf dem Prinzip der bekannten Penning-Falle, bei der Antiprotonen durch elektrische und magnetische Felder vom Kontakt mit den Behälterwänden abgehalten werden. Darüber hinaus verwendet die BASE-STEP-Anlage zwei unabhängige Penning-Fallen, eine zum Aufnehmen und Freisetzen von Antimaterie und die andere für ihre Langzeitspeicherung im Hochvakuum.

CERN-Wissenschaftler verwenden seit einiger Zeit die neuen verbesserten Penning-Fallen, die Antiprotonen 400 Tage lang speichern können. Zum Vergleich stellen wir fest, dass ähnliche Fallen, die bereits 2011 verwendet wurden, dafür sorgten, dass Antimaterie nicht länger als 16 Minuten gelagert wurde. Und das große Problem, dem sich die BASE-Wissenschaftler stellen mussten, war die Miniaturisierung bestehender Fallen unter Beibehaltung ihrer Eigenschaften, d.h. kein Verlust an Antimaterie-Speicherzeit.

Beide Fallen der BASE-STEP-Installation befinden sich in einer supraleitenden Spule eines Magneten, der ein Feld von 1 Tesla erzeugt. Dieses starke Magnetfeld verhindert, dass die Antimaterie während der Stöße und Erschütterungen, die beim Transport unvermeidlich auftreten, die Wände der Fallen berührt. Um die kryogene Temperatur innerhalb der Falle und in den Magnetwicklungen aufrechtzuerhalten, wird flüssiges Helium verwendet, das für mehrere Stunden Antimateriespeicherung ausreicht. Die Abmessungen der BASE-STEP-Falle betragen 1,9 x 1,6 x 0,8 m, und ihr Gewicht übersteigt 1000 Kilogramm nicht.

Wie Wissenschaftler hoffen, wird die Erforschung von Antimaterie, erleichtert und beschleunigt durch die Möglichkeit ihres Transports, schließlich die Antwort auf eine der wichtigsten grundlegenden Fragen der Physik ermöglichen. Diese Frage lautet wie folgt: Nach der bestehenden Theorie traten beim Urknall gleich viel Materie und Antimaterie auf. Heute beobachten wir im zugänglichen Teil des Universums um uns herum nur gewöhnliche Materie. Was genau führte also zum Entstehen eines solchen Ungleichgewichts, und wohin ist fast die gesamte Antimaterie gegangen?

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