Die Antimatter Factory am CERN ist der einzige Ort auf der Welt, wo energiearme Antiprotonen (die Antimaterie-Gegenstücke von Protonen) produziert werden. Aber in nicht allzu ferner Zukunft könnte es auch der erste Ort sein, um gefangene Antiprotonen an einen anderen Ort zu bringen. Am 17. März 2021 genehmigte das CERN Research Board die Entwicklung zweier neuer Experimente, um Antiprotonen aus der Antimatter Factory in andere Einrichtungen für Antimaterie- und Kernphysikforschung zu transportieren. BASE-STEP und PUMA, wie die beiden Experimente genannt werden, sind klein genug, um in einem kleinen Lastwagen oder Van transportiert werden zu können.
BASE-STEP baut auf dem BASE-Experiment auf – einer Reihe von Fallen, um die von der Antimatter Factory produzierten Antiprotonen zu speichern und detailliert zu untersuchen. Mit diesem Aufbau misst das BASE-Team die Eigenschaften der Antiprotonen und vergleicht sie mit denen des Protons, um zu sehen, ob es Unterschiede gibt. Falls ja, könnten solche Unterschiede Licht auf das Ungleichgewicht zwischen Materie und Antimaterie im Universum werfen. BASE hat immer präzisere Messungen von Antiprotonen durchgeführt, aber die Genauigkeit dieser Messungen wird durch Störungen an dem Magnetfeld des Experiments begrenzt, die durch die magnetische Umgebung in der Antimatter Factory verursacht werden.
BASE-STEP ist eine Variante des BASE-Aufbaus, die für den Transport zu einer Einrichtung am CERN oder anderen Einrichtungen konzipiert wurde. Sie besitzt eine ruhigere magnetische Umgebung, was die Durchführung genauerer Messungen erlaubt. Das Instrument wird eine erste Falle nutzen, um die Antiprotonen der Antimatter Factory zu empfangen und freizusetzen und eine zweite Falle, um sie zu speichern.
PUMA basiert auf einem anderen transportablen Antiprotonenfallensystem und hat ein anderes wissenschaftliches Ziel. Das Experiment wird Antiprotonen von der Antimatter Factory zur CERN-Kernforschungseinrichtung ISOLDE transportieren, um dort exotische kernphysikalische Phänomene zu untersuchen. Es wird eine erste Fangzone nutzen, um die Antiprotonen zu stoppen und eine zweite, um Kollisionen zwischen den Antiprotonen und radioaktiven Atomkernen aufzunehmen, die von ISOLDE produziert werden, aber zu schnell zerfallen, um selbst irgendwohin transportiert zu werden.
Die Analyse der Kollisionsprodukte, die von einem Teilchendetektor registriert werden, der die Kollisionszone umgibt, wird Forschern helfen, die relativen Dichten von Protonen und Neutronen an der Oberfläche der Kerne zu bestimmen. Diese Dichtewerte könnten offenbaren, ob die Teilchen exotische Eigenschaften wie dicke Neutronen-„Häute“ oder ausgedehnte Halos aus Protonen oder Neutronen um ihren Kern besitzen. Diese Erkenntnisse könnten Licht auf den inneren Aufbau von Neutronensternen werfen.
PUMA und BASE-STEP werden voraussichtlich im Jahr 2023 in Betrieb gehen.
(THK)
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