科学|欧洲核子研究中心正开发一种可运输的反质子阱科学

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欧洲核子研究中心正开发一种可运输的反质子阱
欧洲核子研究中心的“重子反重子对称实验项目”（BASE）正在开发一种可运输的反质子阱，以对反物质的特性进行更高精度的测量。
BASE在反物质研究方面取得了多个世界第一。例如，它首次对反物质进行了比物质更精确的测量；它将反物质保存了一年多的时间，并首次在实验室中寻找反物质与暗物质的候选粒子--轴子之间的相互作用。

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可运输反质子阱的结构
现在， BASE团队正在开发一种装置，可以将反物质研究推向新的高度：这是一种可运输的反质子阱，将欧洲核子研究中心反物质减速器（AD）产生的反物质运送到欧洲核子研究中心的另一个设施或其他地方，进行更高精度的反物质测量。这些测量可以发现物质和反物质之间的差异。
宇宙大爆炸应该创造了等量的物质和反物质，然而现今的宇宙几乎全部由物质构成，所以一定发生了什么事情，造成了这种比例的不平衡。粒子物理学标准模型预言物质和反物质之间存在一定的差异，但这种差异不足以解释这种不平衡，这促使研究人员寻找这两种物质形式之间其他尚未发现的差异。
这正是欧洲核子研究中心BASE项目和其它实验团队所要做的事情。

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彭宁离子阱
BASE团队研究反质子（质子的反粒子）的特性。它首先将反物质减速器产生反质子，然后将它们储存在一个叫做"彭宁离子阱"的装置中，该装置通过电场和磁场的组合将粒子固定在原地。接下来， BASE将反质子一个接一个地送入彭宁离子阱装置中，以测量两个频率，从中可以推断出反质子的特性，如其磁矩，然后与质子的特性进行比较。这两个频率是回旋频率，它描述了带电粒子在磁场中的振荡，以及拉莫尔频率，它描述了粒子固有自旋在阱中的所谓预演运动。
BASE团队一直在对这些频率进行越来越精确的测量，但其精度最终还是受制于外界对该装置磁场的干扰。BASE发言人斯蒂芬·乌尔默说:"反物质减速器大厅并不是最平静的磁场环境。" 。
因此， BASE团队提出制作一个可运输的反质子阱，将反物质减速器产生的反质子带到磁环境更平静的测量实验室。该装置名为BASE-STEP ，将由一个超导磁体孔内的彭宁离子阱捕集系统组成，可以承受运输相关的力。此外，它还将有一个液氦冷却系统，使其能够在不需要电力保持冷却的情况下运输数小时。彭宁离子阱捕集器系统的特点是，第一个捕集器用于接收和释放反物质减速器产生的反质子，第二个捕集器用于储存反质子。
【科学|欧洲核子研究中心正开发一种可运输的反质子阱】整体装置将长1.9米，宽0.8米，高1.6米，重量最多1000公斤。这些紧凑的尺寸和重量意味着它可以被装入一辆小型卡车或货车当中，并将其从欧洲核子研究中心运输到其它地方，以进一步了解反物质。"
BASE团队已经开始开发该设备的第一个组件，预计在2022年完成。