La prima volta di un fascio di anti-idrogeno

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

    Il risultato è stato ottenuto grazie a 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.

    Ma 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”.

    Riferimenti: A source of antihydrogen for in-flight hyperfine spectroscopy; N. Kuroda, S. Ulmer, D. J. Murtagh,   S. Van Gorp, Y. Nagata, M. Diermaier, S. Federmann, M. Leali, C. Malbrunot, V. Mascagna, O. Massiczek, K. Michishio, T. Mizutani, A. Mohri, H. Nagahama, M. Ohtsuka, B. Radics, S. Sakurai, C. Sauerzopf, K. Suzuki, M. Tajima, H. A. Torii, L. Venturelli, B. Wu¨nschek, J. Zmeskal, N. Zurlo, H. Higaki, Y. Kanai, E. Lodi Rizzini, Y. Nagashima, Y. Matsuda, E. Widmann & Y. Yamazaki; Nature Communications doi:10.1038/ncomms4089

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    Credits immagine: Infn

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