CERN - ASACUSA: prodotto per la prima volta un fascio di antidrogeno

Pubblicato Lunedì, 27 Gennaio 2014 06:39

Scritto da Elisabetta Bonora

Credit: Stefan Meyer Institut

L'esperimento ASACUSA (Atomic Spectroscopy And Collisions Using Slow Antiprotons) al CERN di Ginevra, frutto di una collaborazione internazionale con l'importante contributo dei ricercatori italiani dell'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), è riuscito per la prima volta a produrre un fascio di atomi di antidrogeno.

Il risultato è stato descritto in un articolo pubblicato il 21 gennaio sulla rivista Nature Communications.

L'esperimento ha rilevato univocamente 80 atomi di antidrogeno a 2.7 metri di distanza dalla sorgente che li ha prodotti, un record senza precedenti.

Nel comunicato apparso sul sito dell'INFN, Luca Venturelli della sezione di Brescia e dell’Università di Brescia che coordina il gruppo italiano della collaborazione, spiega:
"Il risultato 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 può aiutare a risolvere uno dei grandi misteri della fisica moderna: la prevalenza di materia rispetto all’antimateria nell’universo visibile".

Uno degli enigmi che ruotano intorno all'antimateria, è la sua assenza nell'Universo: l'abbondanza di materia ordinaria rispetto all'antimateria, rimane tutt'oggi un enigma scientifico.
Un grande contributo in questo ambito di studi, arriva dagli esperimenti condotti al CERN, dove gli scienziati possono produrre quantità significative di antidrogeno, mescolando antielettroni (positroni) e antiprotoni a bassa energia prodotti dall'Deceleratore Antiprotonico.

Secondo le previsioni, gli spettri di idrogeno e anti-idrogeno dovrebbero risultare identici, quindi, ogni piccola differenza aprirebbe immediatamente nuovi scenari per la fisica e potrebbe aiutare a risolvere l'annoso mistero.

Con un solo protone accompagnato da un solo elettrone, l'idrogeno è l'atomo più semplice esistente in natura e ciò lo rende anche il più studiato e noto, ideale per essere confrontato con il suo corrispettivo antidrogeno, composto dall'antiparticella del protone, antiprotone (con stessa massa del protone ma carica negativa) e un anti-elettrone, o positrone (con massa dell'elettrone ma con carica positiva).

Gli esperimenti, però, devono fare i conti con un problema rilevante: materia e antimateria annichiliscono immediatamente quando si incontrano. A parte la creazione di antidrogeno, quindi, una delle principali sfide per i fisici è quella di mantenere gli antiatomi lontano da materia ordinaria.

Per raggiungere lo scopo, vengono sfruttate le proprietà magnetiche dell'antidrogeno (che sono simili a quelle dell'idrogeno) e vengono utilizzati potenti campi magnetici non uniformi per intrappolare gli antiatomi abbastanza a lungo da poterli studiare. Ma il problema è che i campi magnetici degradano le proprietà spettroscopiche delle particelle.
Qui, entra in campo l'innovativo esperimento ASACUSA che mira ad ottenere una spettroscopia pulita ad alta risoluzione tramite un sistema che trasferisce gli atomi di antiidrogeno in una regione in cui possono essere studiati "in volo", lontano dai campi magnetici.

Gli esperimenti con l'antimateria, al CERN, si sono evoluti rapidamente negli ultimi anni: nel 2011, ALPHA aveva annunciato la cattura di atomi di antidrogeno per 1.000 secondi, osservando, nel 2012, transizioni iper-fini di anti-atomi intrappolati. Nel 2013, ATRAP aveva ottenuto la prima misurazione diretta del momento magnetico di un anti-protone con una precisione frazionale di 4.4 parti per milione.

Riferimenti:
- http://press.web.cern.ch/press-releases/2014/01/cern-experiment-produces-first-beam-antihydrogen-atoms-hyperfine-study
- http://www.nature.com/ncomms/2014/140121/ncomms4089/full/ncomms4089.html