I primi atomi stabili di antiidrogeno

Ben 38 atomi, tutti interi, di anti-materia. Per l’esattezza di antiidrogeno (H, il più semplice della tabella periodica), formati da un anti-protone e da un positrone. Li hanno ottenuti e soprattutto tenuti “in cattività” per la prima volta i ricercatori dell’esperimento Alpha, operativo al Cern di Ginevra, che danno notizia del nuovo successo in un articolo apparso su Nature. 

Continua dunque la corsa per svelare i misteri dell’antimateria e le differenze rispetto alla materia. La scoperta dell’antimateria avvenne nel 1932, quando Carl Anderson rivelò l’antiparticella dell’elettrone, denominata positrone. Come tutte le antiparticelle, il positrone è una copia identica dell’elettrone, ma con carica elettrica opposta.

A quasi 80 anni da quella grande scoperta, rimangono molti misteri sull’antimateria, a partire dalla sua abbondanza nell’Universo. Sappiamo infatti che, in seguito al Big Bang, materia e antimateria furono create in quantità pressoché uguali, tuttavia oggi l’Universo appare principalmente formato da materia. Da dove nasce questa differenza fra materia e antimateria? Uno dei modi per rispondere a questa domanda è produrre antimateria in laboratorio e studiarla in dettaglio. 

I programmi di ricerca per la produzione di antiidrogeno risalgono al 1995, e l’esperimento Alpha è l’erede di altri esperimenti di successo, fra cui Athena e Atrap, che nel 2002 mostrarono come fosse possibile produrre antiidrogeno in grandi quantità. Attualmente il Cern è l’unico laboratorio di fisica al mondo capace di produrre antiprotoni adatti a “costruire” gli atomi di antiidrogeno.

Produrre questi antiatomi non è affatto semplice, perché hanno una vita molto breve. Pur essendo prodotti nel vuoto, prima o poi interagiscono con la materia ordinaria e si annichilano. Tuttavia nell’esperimento Alpha è possibile utilizzare campi magnetici molto intensi e complessi per intrappolare l’antiidrogeno. In questo modo gli atomi prodotti possono sopravvivere circa 1/10 di secondo, un tempo sufficiente a studiarli in dettaglio. Delle molte migliaia di atomi prodotti, la ricerca apparsa su Nature riporta 38 esemplari di antiatomi studiati. Si tratta di un grande passo per comprendere l’antimateria, come ha commentato Jeffrey Hangst della Aarhus University, attuale spokesman dell’esperimento: “Per ragioni che nessuno comprende ancora, la natura ha escluso l’antimateria. Di conseguenza è molto gratificante guardare Apha e sapere che contiene atomi stabili e neutri di antimateria”.

Ma Alpha non è l’unico esperimento al Cern che sta lavorando con successo sulla produzione di antiatomi. In un prossimo articolo in pubblicazione su Physical Review Letters, il team dell’esperimento Asacusa ha dimostrato una nuova tecnica per produrre e intrappolare antiidrogeno allo scopo di produrre un fascio stabile di questi antiatomi. Dopo molti anni passati a studiare e sviluppare i sistemi di produzione, gli scienziati sono quindi pronti ad avviare le nuove fabbriche di antimateria.

Riferimento: doi:10.1038/nature09610; Alpha Collaboration