Prodotto il primo fascio di anti-idrogeno

L’esperimento Asacusa (Atomic Spectroscopy And Collisions Using Slow Antiprotons) al Cern di Ginevra è riuscito a produrre per la prima volta un fascio di atomi di anti-idrogeno. Lo spiega un articolo pubblicato pochi giorni fa su Nature Communications, nel quale il team spiega di aver rilevato in modo inequivocabile 80 atomi di anti-idrogeno 2,7 metri a valle della sorgente.

“Il risultato — racconta 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 può aiutare a risolvere uno dei grandi misteri della fisica moderna: la prevalenza di materia rispetto all’antimateria nell’universo visibile”.

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.

Ma perché è importante studiare l’antimateria? Al momento del Big Bang, materia e antimateria si sono prodotte in uguali quantità. Tuttavia oggi viviamo in un mondo fatto di materia. 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”.

Foto di Pietro Battistoni da Pexels