世界初の反物質配送サービスの内部

CERN の反物質工場の中心部に位置し、非常に強力な磁場に囲まれ、星間空間よりも希薄な真空の中にあるのは、地球上で最も敏感な物質の一部です。フォード フォーカスよりも数百キロ軽いファイルキャビネットほどの大きさの箱の中に、異常な静寂の中で何週間も眠っていた少数の反陽子が入っている。この建物内で生成される他の粒子のほとんどは探査され、突き刺されることを期待しているかもしれませんが、これらの反陽子の仕事はただ 1 つだけです。それは、じっと座ってその乗り物を待つことです。

これら百数十個の反物質粒子は間もなく、トラックの荷台に乗せられてCERNキャンパス周囲の4キロメートルの環状道路を周回して輸送される。これは、いつか反物質がヨーロッパ中の研究所に輸送される将来の反物質配送サービスの最初のデモンストレーションとなる。

私はスイスのジュネーブ近郊にあるCERNのキャンパスに来て、「持ち運び可能な反陽子を使った実験における対称性テスト（STEP）」と呼ばれる実験が、大事な日の前の最終準備として行われているのを見るため、プロジェクトリーダーのクリスチャン・スモッラ氏が施設内を案内してくれた。「これは反物質科学にとって画期的なことだ」と彼は言う。 「反陽子を輸送するという考え方はこの施設が始まった頃から原理的に存在していましたが、実際にそれが可能になったのは今回が初めてです。」

1920 年代以来、反物質と呼ばれる反対の電荷を除けば、多くの粒子がほぼ同一の対応物を持っていることがわかっていました。しかし、最も単純な反物質である反陽子は、対応する物質である豊富な陽子に遭遇すると消滅して消滅する傾向があるため、科学者たちが大量に生成し貯蔵できるようになるまでに半世紀近くかかりました。

反陽子を閉じ込める最初の実験は 1980 年代に CERN で実施され、陽子を金属ターゲットに衝突させることによって反陽子が生成されました。現在、反物質工場として知られる CERN の反物質減速ホールは、数百万個の反陽子をオンデマンドで生成し、さらなる研究のために保管できる世界で唯一の場所です。ここでは、STEP も参加しているバリオン反バリオン対称実験 (BASE) を含む 7 つの異なる反物質実験が行われています。

これらすべての実験は、反物質が通常の物質からどのように逸脱するかを確認するために、反物質の基本的な特性を極めて正確にテストしています。何らかの違いがあれば、反物質がほぼ完全に存在せず、物質が支配する宇宙に私たちが住んでいるように見える理由が解明される可能性がある。

しかし、必要とされる並外れた精度まで実際に調査するには、測定を妨げる可能性のあるノイズの多い放射線を除去する必要があり、これが反物質工場にとって問題となります。反陽子がホールに進入するとき、反陽子はほぼ光の速度で移動するため、強力な磁場を使用して減速する必要がありますが、完全に遮断することは不可能です。

2018 年、スモラ氏と彼のチームは、反物質を工場からどこか静かな場所に移す必要があることに気づき、脱出計画を立てました。 「私たちは磁場の変動の影響を観察していたので、最終的には精密測定を継続する必要があることは明らかでした。 [elsewhere]」とスモラ氏は言います。

これは簡単な作業ではありませんでした。反物質を封じ込めるには通常、超電導磁石によって生成される強力な磁場が必要であり、この磁場を絶対零度近くに保つ必要があり、膨大な電力が必要となります。スモーラ氏と彼のチームは、磁石を冷却するために液体ヘリウムの入った 30 リットルのタンクだけを使用するように STEP を設計し、代わりに電子機器を単純なディーゼル発電機で実行できるようにしました。ただし、今後のテスト実行ではバッテリー電力のみを使用します。

磁石はまた、運転中に発生するアイドリングストップ加速に対処するように設計する必要があり、また、反陽子がトラップにロードされたり、トラップからアンロードされたりする間に、問題となる通常の物質が存在しない状態を維持できるように特注の真空システムも必要となります。

2024 年、スモーラ氏と彼のチームは、トラックで CERN キャンパス内で STEP の装置を走行させ、STEP が通常の陽子に対して機能することを実証しました。今、スモッラ氏と彼のチームは本物に挑戦しようとしている。

ここまでの準備は比較的簡単でした。私が到着する約 1 週間前に、約 100 個の反陽子が減速され、反陽子を保持する真空と電磁場の複雑なシステムに入りました。

それ以来、彼らは、絡み合った電線と液体ヘリウムのパイプの中心に、ぼんやりと座っていました。スモラ氏と彼のチームは、機械に取り付けられた小さなオシロスコープ画面を使用して、反物質のバイタルサインをチェックすることができます。この画面では、反陽子が振動する固有の周波数が 2 つのこぶの形をとります。彼らは愛情を込めてそれぞれの頂上にギョロ目な目を 2 つ固定しています。

火曜日の早朝、クレーンが850キロのトラップ全体をトラックの荷台に持ち上げる。このトラックの運転手は、CERNの機密機器を運転するための専門訓練を受けた者が運転し、急加速したり停止しすぎないように注意する。

その後、トラックはCERNキャンパスの周りを4キロ周回し、出発地である反物質工場に到着する。

もし実験が成功すれば、スモラ氏と彼のチームの最終的な目標は、反物質カプセルをCERNを越えた道路で走行させ、ヨーロッパ中の研究所に届けることになるだろう。そのような施設の 1 つが現在、ドイツのデュッセルドルフのハインリッヒ・ハイネ大学で建設中であり、外部磁場がほとんど存在しない状態で反物質が研究されます。ただし、CERNは大型ハドロン衝突型加速器をより高い出力で動作できるようにアップグレードするため、7月に大規模な活動を停止するため、この目標には数年かかる可能性がある。このアップグレードは 2028 年後半まで完了しません。

しかし、反物質配送サービスが稼働すると、スイスやドイツの高速道路を運転していて、反物質を満載したトラックの隣にいることに気づくかもしれません。見た目は普通のトラックですが、中身は普通ではありません。反物質が通常の物質と接触すると消滅する傾向があることを考えると、これは懸念すべき命題のように聞こえるかもしれないが、人々は恐れるべきではないとスモーラ氏は言う。

「反物質の輸送には何も危険はありません。なぜなら、私たちが輸送している量は非常に少ないからです」とスモーラ氏は言う。 「1000個の反陽子を輸送して紛失しても、気付かないでしょう。」