Protonen auf Reisen – in einem Lastwagen
Wissenschaftlern der Europäischen Organisation für Kernforschung (CERN) ist es erstmals gelungen, Protonen über einen Zeitraum von vier Stunden außerhalb eines Antimaterielabors über das Gelände der Einrichtung in Meyrin zu transportieren. Damit sind sie ihrem Ziel, Antiprotonen in andere Hochpräzisionslabors in ganz Europa umzusiedeln, einen wichtigen Schritt näher gekommen. Genau diese Maßnahme ist notwendig, um äußerst präzise Messungen der Materie-Antimaterie-Unterschiede zu ermöglichen, die nur in weiter Entfernung von Beschleunigeranlagen durchgeführt werden können. „Um mögliche Unterschiede im magnetischen Dipolmoment oder im Masse-zu-Ladung-Verhältnis zu erkennen, ist eine extrem hohe Messgenauigkeit ist erforderlich. In der Nähe der CERN-Beschleuniger ist dies jedoch nahezu unmöglich, da die magnetische Störung, die die Beschleuniger dort erzeugen, einfach zu groß ist“, erklärt Professor Stefan Ulmer von der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) in einer Pressemitteilung(öffnet in neuem Fenster) auf der Universitäts-Website. Deshalb wollen er und sein Team Antiprotonen, die am CERN erzeugt wurden, nach Düsseldorf transportieren, um sie dort in einem neuen, besonders gut abgeschirmten Labor zu messen.
Doch zuerst: Protonen
In ihrer Studie(öffnet in neuem Fenster), die vom EU-finanzierten Projekt STEP(öffnet in neuem Fenster) (Symmetrietests in Experimenten mit portablen Antiprotonen) unterstützt wird, beschreiben die Forschenden, wie sie erfolgreich eine Wolke von etwa 100 gefangenen Protonen aus der Antimateriefabrik (AMF) des CERN transportierten, indem sie ein transportables, supraleitendes, autonomes und offenes Penning-Fallensystem namens BASE-STEP verwendeten. Das System ermöglicht die Injektion und den Ausstoß von Antiprotonen aus der Falle und damit ihre Verteilung auf andere Versuchsanordnungen. Zum ersten Mal überhaupt – mit dem Schwerpunkt auf Protonen und nicht auf Antiprotonen – konnte das Team gefangene Protonen von ihrem Experimentierbereich in der Antimateriefabrik auf einen Lastwagen umladen und dann über das CERN-Gelände in Meyrin transportieren. Der Hauptautor der Studie ist Marcel Leonhardt, ebenfalls von der HHU, die das Projekt STEP koordiniert. Er erklärt in der Pressemitteilung: „Wir konnten die verlustfreie Umsiedelung von Protonen demonstrieren, den autonomen Betrieb ohne externe Energieversorgung vier Stunden lang aufrechterhalten und die Falle anschließend verlustfrei weiter betreiben. Dieser wichtige Schritt zeigt, dass Partikel also über längere Strecken im normalen Straßenverkehr umgesiedelt werden können.“ Letztendlich ist das Ziel, Labore in ganz Europa zu erreichen. Laut Christian Smorra, neben Ulmer ein weiterer Hauptautor der Studie, lässt sich die Transportreichweite des Systems durch mobile Stromgeneratoren erhöhen, die längere Transportwege und -zeiten ermöglichen könnten. Da nun die Funktionsfähigkeit des Transportsystems mit Protonen nachgewiesen wurde, soll als nächstes der Versuch unternommen werden, Antiprotonen zu übertragen. „Wenn uns dies gelingt, könnte es der Beginn einer neue Ära in der Antimaterie-Präzisionsforschung sein. Die Antiprotonenspektroskopie könnten wir dann in den am besten geeigneten Laboren durchführen – demnach in Zukunft auch an der HHU.“ Die im Rahmen von STEP entwickelte Technologie könnte auch den Transport anderer Teilchen, Ionen und Moleküle für Untersuchungen außerhalb von Beschleunigeranlagen unterstützen. Ulmer stellt abschließend fest: „Es sollte möglich sein, andere exotische Teilchen und Moleküle wie hochgeladene Ionen, zum Beispiel der GSI(öffnet in neuem Fenster) in Darmstadt, oder geladene Antimaterie-Ionen und Molekül-Ionen zu transportieren und diese losgelöst von Beschleunigern zu untersuchen.“ Weitere Informationen: STEP-Projektwebsite(öffnet in neuem Fenster)
