最新的一項實驗首次將裝有反質子的陷阱裝置成功運輸並穿越了歐洲核子研究組織（CERN）的主園區，這是未來將反物質送往歐洲其它實驗室的重要第一步。
3月24日，來自CERN的重子-反重子對稱性實驗（BASE，Baryon Antibaryon Symmetry Experiment）團隊創下世界首例：成功用貨車將一個裝有反質子的陷阱裝置運送穿越實驗室主園區。研究人員先在一個創新的「可攜式低溫潘寧陷阱」（portable cryogenic Penning trap）中累積了92個反質子，接著將裝置從實驗設施中拆離、裝上貨車，並在運輸後繼續進行實驗。
反物質之謎與挑戰
這是一項非凡成就，因為反物質極難保存，一旦接觸普通物質就會發生湮滅（annihilation）。這次突破屬於概念驗證，最終目標是將反質子運送到歐洲其它實驗室，以進行超高精度的反質子性質測量。
反物質是一類自然存在的粒子，幾乎與普通物質完全相同，唯有電荷與磁矩方向相反。根據物理定律，大爆炸應該產生等量的物質與反物質，兩者會迅速互相湮滅，理論上應留下空無一物的宇宙。然而實際上我們的宇宙幾乎完全由物質構成，這種不對稱性困擾科學家數十年。物理學家推測，可能存在尚未被發現的差異，使物質得以存活而反物質幾乎消失。
精密測量與技術樽頸
為了深入理解反物質，BASE合作團隊致力於精確測量反質子的性質，例如其「本徵磁矩」（intrinsic magnetic moment），並將結果與質子進行比較。但他們面臨一個問題：「CERN的『反物質工廠』（antimatter factory）中的設備會產生磁場波動，限制了我們測量的精度提升。」BASE發言人Stefan Ulmer解釋道。這些波動極其微小，約為十億分之一Tesla，比地球磁場小兩萬倍，且在建築外無法測得。「然而BASE的測量精度極高，若要進一步深入理解反質子的基本性質，就必須將實驗移出這棟建築。」
CERN的「反物質工廠」是全球唯一能夠產生、儲存並研究反質子的地方。兩個串聯的減速器——反質子減速器（Antiproton Decelerator, AD）與超低能反質子環（Extra Low Energy Antiproton ring, ELENA）——為多個實驗提供低能反質子（能量越低，越容易儲存與研究）。在這些實驗中，BASE曾創下將反質子保存超過一年的紀錄，並開創了這項技術，邁向下一階段：將反質子運送至外部實驗空間以進行更精密測量，甚至分享給其它研究機構。為此，他們開發了BASE-STEP陷阱——一種可儲存並運輸反質子的裝置。
「我們開發BASE-STEP的目標，是能夠捕捉反質子並將其運送到我們在CERN、HHU、Leibniz University Hannover以及其他具備超高精度測量能力的實驗室，因為這些實驗在反物質工廠中無法進行。」BASE-STEP項目負責人Christian Smorra表示，「我們去年已用質子驗證了這個概念的可行性，而這次用反質子取得的成果，是朝目標邁出的一大步。」
跨實驗室運輸
BASE-STEP體積小巧，可以裝上貨車並通過一般實驗室門口，同時能承受運輸過程中的顛簸與震動。整個裝置包含超導磁鐵、液氦低溫冷卻系統、電力供應以及利用電磁場捕捉反粒子的真空腔體，重量約1000公斤，比現有任何反物質研究系統都更加緊湊。
「若要將其運送到我們在德國HHU的精密實驗室，至少需要8小時」，Smorra說，「這意味著我們必須在整段時間內將超導磁鐵維持在低於8.2開爾文（K）的溫度。因此，除了液氦外，我們還需要在貨車上配備發電機為低溫冷卻器供電，目前正在評估這種可行性。」然而，最大的挑戰仍在於抵達後，如何將反質子安全轉移到實驗裝置中而不讓它們消失。
CERN研究與計算部主任Gautier Hamel de Monchenault表示：「運輸反物質是一項開創性且雄心勃勃的計劃，我對BASE團隊達成這一重要里程碑表示祝賀。我們正處於一段令人振奮的科學旅程開端，將進一步深化我們對反物質的理解。」◇#
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