CERN 准备在欧洲范围内运输反物质

一种可以放在卡车上运输的便携式约束装置。

John Timmer – 2025年5月19日 下午4:13 | 183

Sean Pavone 拍摄的照片显示，一辆装载质子的卡车最近在 CERN 园区内行驶。

周围存在大量的物质，这导致任何产生的反物质都只能存在很短的时间。因此，研究反物质非常困难。但近年来情况有所改变，CERN 建立了一个能够产生和捕获反物质的设施，从而可以对其性质进行广泛的研究，包括整个反原子。

不幸的是，用于捕获反质子的硬件也会产生干扰，从而限制了测量的精度。因此，CERN 决定研究如何将反物质从其产生地转移走。既然要解决这个问题，CERN 就决定制造一个用于运输反物质的容器，使其可以放在卡车上，并有可能运往整个欧洲的实验室。

用于运输反物质的容器

CERN 面临的问题源于其自身的硬件。它捕获的反物质是通过将粒子束撞击固定目标而产生的。因此，从碎片中产生的所有反粒子都携带大量能量。如果你想保留任何反粒子，就必须减慢它们的速度，这是通过电磁场来实现的，电磁场可以作用于带电的反物质粒子。不幸的是，正如这项新工作的团队所指出的，我们希望用反物质进行的许多测量“对外部磁场噪声极其敏感”。

简而言之，减慢反物质速度的硬件限制了你可以进行的测量的精度。

显而易见的解决方案是将反物质从其产生地转移走。但这很快就变得棘手起来。反物质约束装置必须保持在极高的真空环境中，并且需要超导材料来产生电磁场，以防止反物质撞击容器壁。所有这些都意味着需要大量的电源，以及用于保持超导体工作的液氦。一个标准的运输容器无法满足要求。

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因此，CERN 的团队制造了一个两米长的便携式约束装置。一端是一个连接点，可以将其插入现有设施产生的粒子束中。该连接点通向约束区域，该区域被超导磁体覆盖。该装置的其他地方装有电池，以确保持续供电，以及运行所有设备的电子设备。整个装置封装在一个金属框架中，该框架包括可以用于将其连接到起重机以进行移动的吊点。

为了确认其工作正常，该团队装载了一些质子（质子显然更容易产生）。该设施中的两个内部起重机以及一辆重型四轮车将容器移动到装货码头，在那里将其转移到卡车上，并在 Meyrin 的 CERN 园区内进行了行驶。根据描述这项工作的论文中包含的地图，质子似乎是从法国出发的，但短暂地越过了边境进入瑞士。总而言之，它们行驶了不到 4 公里，速度超过了 40 公里/小时。

上路

总的来说，硬件保持低温，通常略高于 5 Kelvin。例外情况是系统重新连接到反物质源硬件以及系统重新连接到 CERN 的电气系统时。虽然这些操作显示为温度尖峰，但超导磁体仍保持在 7 Kelvin 以下。

安装了一个加速计，以跟踪卡车行驶时硬件所受到的力。这表明卡车速度的变化会在液氦中产生湍流，从而使对其存在的测量变得不可靠。到系统重新连接时，液位已从最大值的约 75% 降至 30%，这表明液氦是运输中的关键限制因素。

在系统运输过程中进行的测量表明，整个过程是无损的，这意味着在整个运输过程中没有一个质子逸出。

现在缺少的是 CERN 的另一个实验，可以将反物质运送到那里。据推测，该团队正在寻找建筑物内几乎没有杂散电磁场的实验室空间。但该团队有更大的目标。德国杜塞尔多夫正在建设一个用于反质子实验的设施，距离公路近 800 公里，车程 8 小时。如果能够成功交付（并且看起来我们只需要供应液氦就可以使其工作），那么德国的新设施应该能够实现比 CERN 获得的精度高 100 倍以上的测量。

Nature, 2025. DOI: 10.1038/s41586-025-08926-y (About DOIs).