Der Antiprotonen-Verzögerer

Nicht alle Beschleuniger erhöhen die Geschwindigkeit eines Teilchens. Der AD verlangsamt Antiprotonen, sodass sie zur Untersuchung von Antimaterie verwendet werden können

Der Antiproton Decelerator (AD) ist eine einzigartige Maschine, die niederenergetische Antiprotonen für Studien zur Antimaterie produziert und Antiatome „erschafft“.

Ein vom PS (Proton Synchrotron) kommender Protonenstrahl wird auf einen Metallblock geschossen. Diese Kollisionen erzeugen eine Vielzahl von Sekundärteilchen, darunter viele Antiprotonen. Diese Antiprotonen haben zu viel Energie, um für die Herstellung von Antiatomen nützlich zu sein. Sie haben auch unterschiedliche Energien und bewegen sich zufällig in alle Richtungen. Die Aufgabe des AD besteht darin, diese widerspenstigen Teilchen zu zähmen und sie in einen nützlichen, energiearmen Strahl umzuwandeln, der zur Produktion von Antimaterie verwendet werden kann.

Die Antiprotonen, die in unterschiedlichen Winkeln aus dem Block austreten, werden fokussiert, bevor sie den AD erreichen. Nur ein Bruchteil von ihnen verfügt über die richtige Energie, um in das AD eingespeist und darin gespeichert zu werden.

Der AD ist ein Ring aus biegenden und fokussierenden Magneten, die die Antiprotonen auf der gleichen Spur halten, während starke elektrische Felder sie abbremsen. Die Energieverteilung der Antiprotonen und ihre Abweichung von ihrer Spur wird durch eine Technik namens „Kühlung“ verringert. Antiprotonen werden mehreren Zyklen der Abkühlung und Abbremsung unterzogen, bis sie auf etwa ein Zehntel der Lichtgeschwindigkeit abgebremst sind.

Ein neuerer Verzögerungsring, ELENA (Extra Low ENergy Antiproton), ist jetzt mit dem AD gekoppelt. Dieses Synchrotron mit einem Umfang von 30 Metern bremst die Antiprotonen noch mehr ab und reduziert ihre Energie um den Faktor 50, von 5,3 MeV auf nur noch 0,1 MeV. Ein Elektronenkühlsystem erhöht zudem die Strahldichte. Mit ELENA erhöht sich die Zahl der einfangbaren Antiprotonen um den Faktor 10 bis 100, was die Effizienz der Experimente verbessert und den Weg für neue Experimente ebnet.

Das im Jahr 2000 installierte AD sorgte 2002 für Schlagzeilen, als erstmals große Mengen an Antiwasserstoffatomen hergestellt wurden. Es wurden zunächst Versuche unternommen, Antiatome lange genug zu lagern, um ihre Eigenschaften messen zu können. Im Jahr 2011 gab ein Experiment bekannt, dass es sechzehn Minuten lang Antiwasserstoffatome erzeugt und eingefangen hatte, was lang genug war, um ihre Eigenschaften im Detail untersuchen zu können. Im folgenden Jahr wurde die erste Messung des Antiwasserstoffspektrums veröffentlicht. Seit 2010 haben die AD-Experimente zahlreiche Messungen der Eigenschaften von Antimaterie veröffentlicht und diese mit denen der Materie verglichen.

Derzeit dienen AD und ELENA mehreren Experimenten, die Antimaterie und ihre Eigenschaften untersuchen: AEgIS, ALPHA, ASACUSA, BASE und GBAR. Während ATRAP und ACE ihre Experimente inzwischen abgeschlossen haben.