L’esperimento Asacusa al
Cern di Ginevra è riuscito per la prima volta a produrre un fascio di atomi di
anti-idrogeno. Il risultato è presentato in un articolo pubblicato oggi su Nature
Communications, nel quale la collaborazione scientifica spiega di aver rivelato
in modo inequivocabile 80 atomi di anti-idrogeno 2,7 metri a valle della
sorgente.
“Il risultato appena
pubblicato – spiega Luca Venturelli dell’INFN di Brescia e dell’Università di
Brescia che coordina il gruppo italiano della collaborazione – rende molto più
concreta e vicina la possibilità di realizzare misure di precisione con gli
atomi di anti-idrogeno”. “E sondare le caratteristiche dell’antimateria –
prosegue Venturelli – può aiutare a risolvere uno dei grandi misteri della
fisica moderna: la prevalenza di materia rispetto all’antimateria nell’universo
visibile”.
Una tecnica innovativa. Oggi
è possibile produrre quantità significative di anti-idrogeno mescolando
antielettroni (detti anche positroni) e antiprotoni a bassa energia prodotti
dal deceleratore di antiprotoni del Cern.
La difficoltà però sta nel mantenere
gli antiatomi prodotti lontano dalla materia ordinaria, per evitare che
annichilino (materia e antimateria, infatti, quando entrano in contatto si
annichilano vicendevolmente). Per fare ciò gli esperimenti hanno
sfruttato finora le proprietà magnetiche dell’anti-idrogeno utilizzando campi
magnetici fortemente non uniformi per “intrappolare” gli antiatomi abbastanza a
lungo per studiarli. Tuttavia, i campi magnetici perturbano questi sistemi di
anti-atomi compromettendo così la precisione delle misure e quindi lo studio
del loro comportamento.
Per consentire una spettroscopia pulita ad alta
risoluzione, la collaborazione Asacusa ha sviluppato una tecnica innovativa:
produrre un fascio di antiparticelle in modo da studiare gli antiatomi “in
volo”, lontano dai campi magnetici.
A 2,7 metri di distanza dalla sorgente,
infatti, l’influenza dei campi magnetici utilizzati inizialmente per produrre
gli antiatomi è piccola, quindi lo stato del sistema subisce perturbazioni
minime.
Perché studiare
l’antimateria. Al momento del Big Bang, materia e antimateria si sono prodotte
in uguali quantità. Ma noi oggi viviamo in un mondo fatto di materia e
dell’antimateria primordiale non è mai stata trovata traccia.
La materia ha
quindi prevalso sull’antimateria e l’origine di questa asimmetria non è nota.
Essendo composto da un singolo protone e un singolo elettrone, l’idrogeno è il
più semplice atomo esistente e uno dei sistemi investigati con maggior
precisione e meglio compreso nella fisica moderna. Così confrontare atomi di
idrogeno e anti-idrogeno costituisce uno dei modi migliori per eseguire test di
alta precisione sulla simmetria tra materia e antimateria. Gli spettri di
idrogeno e anti-idrogeno sono previsti essere identici: ogni piccola differenza
tra loro potrebbe aiutare a risolvere il mistero dell’asimmetria e aprire una
finestra sulla “nuova fisica”.
Ufficio Comunicazione INFN
