एंटीप्रोटोन परिवहन में प्रगति  

बिग बैंग ने बराबर मात्रा में पदार्थ और एंटीमैटर का उत्पादन किया, जो एक दूसरे को नष्ट कर देते और पीछे एक खाली ब्रह्मांड छोड़ देते। हालांकि, पदार्थ बच गया और ब्रह्मांड पर हावी हो गया जबकि एंटीमैटर गायब हो गया। ऐसा माना जाता है कि कणों और संबंधित एंटीपार्टिकल्स के बीच मूल गुणों में कुछ अज्ञात अंतर इसके लिए जिम्मेदार हो सकते हैं। एंटीप्रोटोन के मूल गुणों के उच्च परिशुद्धता माप में पदार्थ-एंटीमैटर विषमता की समझ को समृद्ध करने की क्षमता है। इसके लिए एंटीप्रोटोन की आपूर्ति की आवश्यकता होती है। वर्तमान में, CERN का एंटीप्रोटोन डिसेलेरेटर (AD) एकमात्र ऐसी सुविधा है जहाँ एंटीप्रोटोन का उत्पादन और भंडारण किया जाता है। त्वरक द्वारा उत्पन्न चुंबकीय क्षेत्र में उतार-चढ़ाव के कारण AD के पास एंटीप्रोटोन का उच्च परिशुद्धता अध्ययन करना संभव नहीं है। इसलिए, इस सुविधा से अन्य प्रयोगशालाओं में एंटीप्रोटोन का परिवहन करना एक अनिवार्य आवश्यकता है। वर्तमान में, ऐसा करने के लिए कोई उपयुक्त तकनीक नहीं है। BASE-STEP इस दिशा में एक कदम आगे है। यह एक अपेक्षाकृत कॉम्पैक्ट डिवाइस है जिसे एंटीमैटर के उच्च परिशुद्धता अध्ययन के लिए CERN सुविधा से अन्य स्थानों पर प्रयोगशालाओं में एंटीप्रोटोन को संग्रहीत और परिवहन करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। 24 अक्टूबर 2024 को, BASE-STEP ने एंटीप्रोटोन के स्थान पर ट्रैप्ड प्रोटोन का उपयोग करके एक सफल प्रौद्योगिकी प्रदर्शन किया। इसने एक ट्रक में स्थानीय रूप से 70 प्रोटोन के बादल का परिवहन किया। यह एक पुन: प्रयोज्य जाल में ढीले कणों के परिवहन का पहला उदाहरण था और अन्य प्रयोगशालाओं में प्रयोगों के लिए एंटीप्रोटोन-डिलीवरी सेवा के निर्माण की दिशा में एक महत्वपूर्ण कदम था। प्रक्रियाओं में कुछ परिशोधनों के साथ, 2025 में एंटीप्रोटोन के परिवहन की योजना बनाई गई है।  

शुरुआत में, बिग बैंग ने बराबर मात्रा में पदार्थ और प्रतिपदार्थ का उत्पादन किया। दोनों के गुण एक जैसे हैं, बस उनके आवेश विपरीत हैं, और उनके चुंबकीय आघूर्ण उलटे हैं।  

पदार्थ और प्रतिपदार्थ को जल्दी ही नष्ट हो जाना चाहिए था और पीछे एक खाली ब्रह्मांड छोड़ जाना चाहिए था, लेकिन ऐसा नहीं हुआ। अब ब्रह्मांड में पूरी तरह से पदार्थ का बोलबाला है जबकि प्रतिपदार्थ गायब हो गया है। ऐसा माना जाता है कि मूल कणों और उनके संगत प्रतिकणों के बीच कुछ अज्ञात अंतर है जिसके कारण पदार्थ बच गया जबकि प्रतिपदार्थ समाप्त हो गया जिससे पदार्थ-प्रतिपदार्थ विषमता पैदा हो गई।  

सीपीटी (चार्ज, पैरिटी और टाइम रिवर्सल) समरूपता के अनुसार, जो कण भौतिकी के मानक मॉडल का हिस्सा है, कणों के मूल गुण उनके संगत प्रतिकणों के बराबर और आंशिक रूप से विपरीत होने चाहिए। कणों और उनके संगत प्रतिकणों के मूल गुणों (जैसे द्रव्यमान, आवेश, जीवनकाल या चुंबकीय क्षण) में अंतर के उच्च परिशुद्धता प्रयोगात्मक माप पदार्थ-प्रतिकण विषमता को समझने में मददगार हो सकते हैं। यह संदर्भ है सर्नहै बेरिऑन एन्टीबारियन सममिति प्रयोग (बेस)।   

बेस प्रयोग को प्रोटॉन एंटीप्रोटॉन समरूपता की जांच करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, जिसमें प्रति बिलियन भाग के क्रम में आंशिक परिशुद्धता के साथ एंटीप्रोटॉन के गुणों (जैसे आंतरिक चुंबकीय क्षण) का उच्च परिशुद्धता मापन किया जाता है। अगला चरण इन मापों की तुलना प्रोटॉन के संगत मानों से करना है। आंतरिक चुंबकीय क्षण के लिए, पूरी प्रक्रिया लार्मोर आवृत्ति और साइक्लोट्रॉन आवृत्ति के मापन पर आधारित है।     

वर्तमान में, CERN का एंटीप्रोटॉन डिसेलेरेटर (AD) एकमात्र ऐसी सुविधा है जहाँ एंटीप्रोटॉन का नियमित रूप से उत्पादन और भंडारण किया जाता है। इन एंटीप्रोटॉन का अध्ययन CERN की सुविधा में किया जाना आवश्यक है, हालाँकि साइट पर त्वरक द्वारा उत्पन्न चुंबकीय क्षेत्र में उतार-चढ़ाव एंटीप्रोटॉन गुणों के माप की सटीकता को सीमित करता है। इसलिए, AD में उत्पादित एंटीप्रोटॉन को अन्य स्थानों पर प्रयोगशालाओं में ले जाना अनिवार्य है। लेकिन एंटीमैटर से निपटना आसान नहीं है क्योंकि वे पदार्थ के संपर्क में आने पर जल्दी से नष्ट हो जाते हैं। वर्तमान में, शोधकर्ताओं द्वारा उच्च परिशुद्धता अध्ययन करने के लिए एंटीप्रोटॉन को अन्य स्थानों पर प्रयोगशालाओं में ले जाने के लिए कोई उपयुक्त तकनीक नहीं है। BASE-STEP (पोर्टेबल एंटीप्रोटॉन के साथ प्रयोगों में समरूपता परीक्षण) इस दिशा में एक कदम आगे है।  

बेस-स्टेप एक अपेक्षाकृत कॉम्पैक्ट डिवाइस है जिसे एंटीमैटर के उच्च परिशुद्धता अध्ययन के लिए सर्न सुविधा से एंटीप्रोटोन को अन्य स्थानों पर प्रयोगशालाओं में संग्रहीत और परिवहन करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। यह बेस की एक उप-परियोजना है, इसका वजन लगभग एक टन है और यह मूल बीएसई प्रयोग से लगभग पाँच गुना छोटा है।  

24 अक्टूबर 2024 को, BASE-STEP ने एंटीप्रोटोन के स्थान पर ट्रैप्ड प्रोटोन का उपयोग करके एक सफल प्रौद्योगिकी प्रदर्शन किया। इसने एक ट्रक में स्थानीय रूप से 70 प्रोटोन के बादल का परिवहन किया। यह एक पुन: प्रयोज्य जाल में ढीले कणों के परिवहन का पहला उदाहरण था और अन्य प्रयोगशालाओं में प्रयोगों के लिए एंटीप्रोटोन-डिलीवरी सेवा के निर्माण की दिशा में एक महत्वपूर्ण कदम था। प्रक्रियाओं में कुछ परिशोधन के साथ, 2025 में एंटीप्रोटोन के परिवहन की योजना बनाई गई है।  

PUMA (एंटीप्रोटॉन अस्थिर पदार्थ विनाश) इसी तरह की प्रकृति का एक और प्रयोग है, लेकिन इसका उद्देश्य अलग है। BASE-STEP की तरह, PUMA में भी CERN के एंटीप्रोटॉन डिसेलेरेटर (AD) हॉल से एंटीप्रोटॉन को उसके ISOLDE सुविधा में ले जाने के लिए एक परिवहन योग्य जाल तैयार करना शामिल है, जिसका उपयोग विदेशी परमाणु भौतिकी घटनाओं के अध्ययन में किया जाता है।  

*** 

सन्दर्भ:  

1. CERN. समाचार - BASE प्रयोग पोर्टेबल एंटीमैटर की दिशा में एक बड़ा कदम है। 25 अक्टूबर 2024 को पोस्ट किया गया। यहाँ उपलब्ध है https://home.cern/news/news/experiments/base-experiment-takes-big-step-towards-portable-antimatter  

2. सर्न. बेस-स्टेप की तकनीकी डिजाइन रिपोर्ट.  https://cds.cern.ch/record/2756508/files/SPSC-TDR-007.pdf 

3. स्मोरा सी., एट अल 2023. बेस-स्टेप: मौलिक अंतःक्रिया अध्ययनों के लिए एक परिवहन योग्य एंटीप्रोटॉन जलाशय। रेव. साइंस. इंस्ट्रम. 94, 113201. 16 नवंबर 2023. डीओआई: https://doi.org/10.1063/5.0155492 

4. ऑमन, टी., बार्टमैन, डब्ल्यू., बोइन-फ्रैंकेंहेम, ओ. एट अल। प्यूमा, एंटीप्रोटॉन अस्थिर पदार्थ विनाश। ईयूआर। भौतिक. जे. ए 58, 88 (2022)। डीओआई: https://doi.org/10.1140/epja/s10050-022-00713-x 

*** 

संबंधित लेख 

• क्यों 'पदार्थ' ब्रह्मांड पर हावी है न कि 'एंटीमैटर'? ब्रह्मांड का अस्तित्व क्यों है की खोज में (५ अप्रैल २०१ ९) 

• न्यूट्रिनो ऑसिलेशन प्रयोगों के साथ ब्रह्मांड के पदार्थ-एंटीमैटर विषमता के रहस्य का अनावरण (1 मई 2020)  

• "बहुत प्रारंभिक ब्रह्मांड" के अध्ययन के लिए कण कोलाइडर: म्यूऑन कोलाइडर का प्रदर्शन किया गया (31 अक्टूबर 2024)  

***