物理学者は反物質をトラックで輸送します

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ダンブラウンの小説「天使と悪魔」では、攻撃者がCERNで反物質コンテナを盗み、それをローマに運び、街の中心部に隠し、大爆発を起こすと脅迫しました。科学の発展の現在のレベルでは、そのような誘拐は不可能だったでしょう。しかし、将来的には、そのようなシナリオは非常に現実的になる可能性があります。2022年までに、物理学者は反物質用のポータブルトラップを構築し、それを実験場所に数百メートル輸送することを計画しています。

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科学者が反物質を輸送することを計画しているISOLDE設備の一部

しかし、まず最初に。反物質を輸送する前に、それを合成し、通常の物質で消滅させないようにする必要がありますが、それ自体は非常に困難です。反物質は通常、次の方法で取得されます。それらは通常の陽子を取り、それらを高エネルギーに加速し、重金属原子からなるターゲットにビームを向けます。その結果、反陽子をはじめ、多種多様な粒子が生まれます。得られた粒子は分類され、反陽子がそれらから選択され、その後、他の粒子と衝突するために再加速されるか、または「保存」して物理的特性(質量など)を測定するために減速されるかのいずれかで、さらなる実験で使用されます。またはgファクター。このプロセスは、これまでCERNでのみ実施されており、CERNは、特別に構築された抗プロトン減速剤(AD)を使用して粒子の速度を低下させています。

必要に応じて、より複雑な複合反粒子(たとえば、反子宮、反トリトン、または反ヘリウム-3と抗ヘリウム-4の核)を合成することもできます。それらに陽電子(電子の反粒子)を捕獲させると、本当の反原子が得られます。確かに、これまでのところ、科学者たちは反水素原子のみを取得することができました。つまり、反陽子と陽電子を結合することができました。重い元素の核を捕らえて減速することははるかに困難です。

科学者はどのようにして合成された反粒子を「保存」するのでしょうか?彼らが長生きすることを妨げる主な問題は、あらゆる側面から反粒子を取り巻く通常の物質との相互作用です。陽子と反陽子が衝突するとすぐに、両方の粒子が即座に消え、π中間子やK中間子などの二次粒子の豊富な「継承」が残ります。このような衝突を防ぐために、物理学者は設備内に存在する通常の粒子の数を最小限に抑え、次に電磁場を使用して反陽子が壁に衝突しないようにします。 CERNは、このためにペニングトラップを使用しています。これは、その形状が細長いボトルに似ています。このようなトラップでは、粒子の垂直方向の動き(「ボトル」の底から首まで)が四重極電場をクエンチし、半径方向(底に平行)が均一な磁場をクエンチします。

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ペニングトラップ図

2010年になって初めて、このようなトラップで反物質の原子を「捕まえる」ことが可能になりました。この実験では、38個の反水素原子は約173ミリ秒しか持続しませんでした。しかし、その後、科学者たちは反物質原子の技術と貯蔵時間を通常の生活で通常の値に改善しました。そのため、すでに2011年には、反水素原子を1000秒間(17分弱)保持することができ、個々の反陽子を1年以上保管できるようになりました。

確かに、長い間、12個以下の反粒子を保持することが可能であり、同時にトラップされた反陽子の最大達成数は1,000万を超えないことは注目に値します。これは、反物質の長距離輸送には十分ではありません。それにもかかわらず、反物質の輸送を組織化することを計画しているPUMA(antiProton Unstable Matter Annihilation)プロジェクトの責任者であるAlexandre Obertelliが率いる科学者のグループは、ペニングトラップに同時に保持される反陽子の数を10億に増やすことを望んでいます。数週間のレベルで彼らの寿命を維持します。これを行うために、科学者は設備の温度を4ケルビンに下げ、そこで作成された真空の純度を銀河間空間に匹敵する値、つまり1リットルあたり1水素原子のオーダーにすることを計画しています。建設された設備はトラックに移され、反物質が積み込まれ、数百メートルが実験現場に運ばれます。科学者によると、そのような設備の開発には約4年かかり、最初のサンプルは2022年までに準備が整います。

しかし、なぜ科学者は反物質を輸送する必要があるのでしょうか?一般に、この質問への答えは簡単です。反物質を合成するための実験設備は世界に数少ないし、比較的大量にCERNでしか製造できません。一方、反物質を使った実験は数多く考えられますが、これらすべての実験を反陽子モデレーターの近くに置くことは物理的に不可能です。反物質を1つの場所で合成し、それを1つまたは別の実験装置に直接持ち込む方がはるかに安価です。

特に、科学者が印象的な数の反粒子を長期保存するためのトラップを開発しているPUMAプロジェクトは、放射性元素の希少同位体を生成するISOLDE実験と緊密に連携することを計画しています。通常の原子には陽子と中性子がほぼ等しい割合で含まれていますが、この実験で合成された原子核は中性子がはるかに豊富です。たとえば、リチウム11の原子核には、リチウム7の4つの中性子に対して8つの中性子が含まれています。このため、核は非常に非定型に見え始めます。たとえば、同じリチウム11では、2つの中性子が残りの9つの核子の安定した形成を中心に回転します。これにより、異常な原子核を他の粒子と衝突させることにより、核力を詳細に調べることができます。残念ながら、そのような核の寿命は非常に短く、それらを研究することは困難です。反陽子との衝突はこの問題を解決するはずです。反物質粒子による消滅は非常に迅速に発生するためです。したがって、核は崩壊する前に崩壊する時間がありません。

最後に、科学者たちは、ダン・ブラウンの小説に登場した反物質爆弾の作成からまだ非常に遠いことに注意します。問題は、反物質を閉じ込めるための将来の設置が非常に大きくなることだけでなく(強い電磁石を維持するために強力な電磁石が必要になる)、忙しい都市の中心に爆弾を隠すことができない可能性があります。はるかに難しい作業は、そのような量の反物質を作り出すことであり、通常の物質でその消滅は、顕著なエネルギーの放出につながります。それでも、世界の反物質の生産量は、依然として年間10億分の1グラムを超えていません。同時に、1キログラムの反物質を1キログラムの物質で消滅させると、「わずか」1.8×1017ジュールのエネルギーが放出されます。これは、43メガトンのTNTの爆発で放出されるエネルギーに相当し、電力に達しません。ソビエト皇帝爆弾の。ですから、恐れることは絶対にありませんが。

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