De BASE-samenwerking bij CERN heeft meer dan één primeur in antimaterieonderzoek opgeleverd. Bijvoorbeeld, het maakte de eerste ooit nauwkeurigere meting voor antimaterie dan voor materie, het hield antimaterie opgeslagen voor een recordtijd van meer dan een jaar, en het voerde de eerste laboratoriumgebaseerde zoektocht uit naar een interactie tussen antimaterie en een kandidaatdeeltje voor donkere materie, het axion. Nutsvoorzieningen, het BASE-team ontwikkelt een apparaat dat antimaterieonderzoek naar nieuwe hoogten kan brengen - een verplaatsbare antiprotonval om antimaterie geproduceerd bij CERN's Antimatter Decelerator (AD) naar een andere faciliteit bij CERN of elders te vervoeren, voor nauwkeurigere antimateriemetingen. Deze metingen kunnen verschillen tussen materie en antimaterie blootleggen.

De oerknal had gelijke hoeveelheden materie en antimaterie moeten creëren, toch bestaat het huidige heelal bijna volledig uit materie, dus er moet iets gebeurd zijn waardoor de onbalans is ontstaan. Het standaardmodel van de deeltjesfysica voorspelt een bepaald verschil tussen materie en antimaterie, maar dit verschil is onvoldoende om de onbalans te verklaren, onderzoekers ertoe aanzetten op zoek te gaan naar andere, tot nu toe ongeziene verschillen tussen de twee vormen van materie. Dit is precies wat de teams achter BASE en andere experimenten in de AD-hal van CERN proberen te doen.

BASEREN, vooral, onderzoekt de eigenschappen van antiprotonen, de antideeltjes van protonen. Het neemt eerst antiprotonen die zijn geproduceerd in het AD - de enige plaats ter wereld waar dagelijks antiprotonen worden gemaakt - en slaat ze vervolgens op in een apparaat dat een Penning-val wordt genoemd, die de deeltjes op hun plaats houdt met een combinatie van elektrische en magnetische velden. Volgende, BASE voert de antiprotonen één voor één in een multi-Penning-trap-opstelling om twee frequenties te meten, waaruit de eigenschappen van antiprotonen zoals hun magnetisch moment kunnen worden afgeleid en vervolgens kunnen worden vergeleken met die van protonen. Deze frequenties zijn de cyclotronfrequentie, die de oscillatie van een geladen deeltje in een magnetisch veld beschrijft, en de Larmor-frequentie, die de zogenaamde precessiebeweging beschrijft in de val van de intrinsieke spin van het deeltje.

Het BASE-team voert steeds nauwkeuriger metingen uit van deze frequenties, maar de precisie wordt uiteindelijk beperkt door externe verstoringen van het magnetische veld van de opstelling. "De AD-hal is niet de rustigste van de magnetische omgevingen, ", zegt BASE-woordvoerder Stefan Ulmer. "Om een ​​idee te krijgen, mijn kantoor op CERN is 200 keer rustiger dan de AD-hal, " hij zegt, lachend.

Vandaar het voorstel van het BASE-team om een ​​transporteerbare antiprotonval te maken om antiprotonen die bij het AD zijn geproduceerd naar een meetlaboratorium met een rustiger magnetische omgeving te brengen. Het apparaat, genaamd BASE-STEP en geleid door BASE plaatsvervangend woordvoerder Christian Smorra, zal bestaan ​​uit een Penning-trap-systeem in de boring van een supergeleidende magneet die transportgerelateerde krachten kan weerstaan. In aanvulling, het zal een koelsysteem met vloeibaar helium hebben, waardoor het enkele uren kan worden vervoerd zonder dat er elektrische stroom nodig is om het koel te houden. Het Penning-trap-systeem zal een eerste val bevatten om de antiprotonen die in het AD worden geproduceerd, te ontvangen en vrij te geven, en een tweede val om de antiprotonen op te slaan.

Het totale apparaat wordt 1,9 meter lang, 0,8 meter breed, 1,6 meter hoog en maximaal 1000 kg in gewicht. "Deze compacte afmetingen en het gewicht betekenen dat we de val in principe in een kleine vrachtwagen of bestelwagen kunnen laden en deze van de AD-hal naar een andere faciliteit op CERN of elders kunnen vervoeren, om ons begrip van antimaterie te vergroten, " zegt Smorra, die een European Research Council Starting Grant ontving om het project uit te voeren.

Het BASE-team is begonnen met de ontwikkeling van de eerste componenten van het apparaat en verwacht het in 2022 af te ronden. in afwachting van beslissingen en goedkeuringen. Blijf op de hoogte voor meer ontwikkelingen.