Prodotta e intrappolata antimateria al CERN. Suo studio dirà perché è scomparsa subito dopo il Big Bang

Ginevra, 17 novembre 2011. L’esperimento ALPHA del CERN ha compiuto un importante passo avanti nello sviluppo di tecniche per comprendere una delle questioni aperte dell’universo: esiste una differenza tra materia e antimateria? In un articolo pubblicato oggi su Nature, dimostra che la collaborazione ha prodotto con successo e intrappolato atomi di antidrogeno. Questo sviluppo apre la strada a nuovi modi di fare misurazioni dettagliate di antidrogeno, che a sua volta permetterà agli scienziati di confrontare materia e antimateria.

L’antimateria – o la mancanza di essa – rimane uno dei più grandi misteri della scienza. La materia e il suo omologo sono identici tranne che per la carica opposta, e si annichilano quando si incontrano. Quando ci fu il Big Bang, materia e antimateria avrebbero dovuto essere stati prodotti in quantità uguali. Tuttavia, sappiamo che il nostro mondo è fatto di materia: l’antimateria sembra essere scomparsa. Per scoprire perché, gli scienziati utilizzano una serie di metodi per indagare sperimentalmente (per le teorie attuali sono appunto identiche) se una piccola differenza nelle proprietà di materia e antimateria potrebbe aver fatto propendere la natura verso la materia.

Uno di questi metodi è quello di prendere uno degli oggetti più noti in fisica, l’atomo di idrogeno, che è composto da un protone e un elettrone, e verificare se la sua controparte di antimateria, l’antidrogeno, composto da un antiprotone e un positrone, si comporta in allo stesso modo. Il CERN è l’unico laboratorio al mondo con un apposito impianto di antiprotoni a bassa energia in cui questa ricerca può essere effettuata.

Il programma di antidrogeno risale a molto tempo fa (almeno per i tempi della ricerca). Nel 1995, i primi nove atomi di antidrogeno artificiali sono stati prodotti al CERN. Poi, nel 2002, gli esperimenti Athena e ATRAP hanno dimostrato che è possibile produrre antidrogeno in grandi quantità, aprendo la possibilità di condurre studi approfonditi. Il nuovo risultato ottenuto da Alpha è stato l’ultimo passo di questo viaggio.

Gli atomi di antidrogeno sono prodotti nel vuoto al CERN, ma sono comunque circondati da materia ordinaria. Poiché materia e antimateria si annientano quando si incontrano, gli atomi di antidrogeno hanno un’aspettativa di vita molto breve lasciati “a se stessi”. Ma la loro vita può essere estesa, tuttavia, utilizzando forti campi magnetici forti per intrappolare l’antimateria e quindi impedirle di entrare in contatto con la materia. L’esperimento ALPHA ha dimostrato che è possibile trattenere gli atomi di antidrogeno in questo modo per circa un decimo di secondo: abbastanza a lungo per studiarli. Tra le molte migliaia di antiatomi che l’esperimento ha creato, ALPHA è riuscito a allungare la vita a sufficienza a 38 di essi per il tempo necessario a darci dati da registrare e da studiare successivamente.

“Per motivi che nessuno comprende ancora, la natura ha escluso l’esistenza dell’antimateria. E’ quindi molto gratificante, e un po’ opprimente, guardare il dispositivo ALPHA e sapere che esso contiene atomi stabili di antimateria”, ha detto Jeffrey Hangst della Aarhus University, in Danimarca, il portavoce del progetto ALPHA. “Questo ci spinge a lavorare ancora più duro, per vedere se l’antimateria detiene un qualche segreto”.

In un altro recente programma di produzione di antimateria del CERN, l’esperimento ASACUSA ha dimostrato una nuova tecnica per la produzione di atomi di antidrogeno. In un articolo appena comparso su Physical Review Letters, viene illustrata la nuova tecnica di produzione di antidrogeno in una trappola cosiddetta cuspide. ASACUSA prevede di sviluppare questa tecnica fino al punto in cui riuscirà a produrre fasci di intensità sufficiente per sopravvivere abbastanza a lungo per essere studiati.

“Con due metodi alternativi di produzione di antimateria e la sua osservazione sperimentale, essa non sarà in grado di nasconderci le sue proprietà molto a lungo”, ha detto Yasunori Yamazaki del centro di ricerca giapponese RIKEN e membro della collaborazione ASACUSA. “C’è ancora molta strada da fare, ma siamo molto felici di vedere che questa nuova tecnica sta funzionando.”

“Si tratta di passi significativi nella ricerca di antimateria”, ha detto Direttore generale del CERN Rolf Heuer, “e una parte importante dell’ampio programma di ricerca qui al CERN”.