L’esperimento Alpha del Cern ha compiuto un importante passo avanti nello sviluppo di tecniche mirate alla comprensione di una delle questioni ancora aperte sulla natura dell’universo: c’è differenza tra materia e antimateria?
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ggiScienza - Cern, Ginevra - In un articolo pubblicato il 17 novembre su Nature, i ricercatori dimostrano di aver prodotto e intrappolato con successo atomi di anti-idrogeno. Questo risultato apre la strada a misure dettagliate sull’anti-idrogeno, che permetteranno ora agli scienziati di comparare materia e antimateria. L’antimateria – o, piuttosto, la sua assenza – resta uno dei grandi misteri della scienza. La materia e la sua controparte sono identiche, salvo che per la loro carica, di segno opposto, e annichilano, cioè si trasformano in energia, quando vengono a contatto. Durante il Big Bang, si stima che materia e antimateria siano state prodotte in quantità uguali: tuttavia, sappiamo che il nostro mondo è fatto esclusivamente di materia, mentre l’antimateria sembra essere scomparsa. Per capire dove sia andata a finire l’antimateria, gli scienziati adoperano correntemente diversi metodi, allo scopo di comprendere se una pur piccola differenza nelle proprietà della materia e dell’antimateria possa suggerire una spiegazione.
Uno di questi metodi consiste nello studiare uno dei sistemi meglio conosciuti in fisica, l’atomo di idrogeno, fatto di un protone e un elettrone, e nel vedere se la sua controparte antimaterica, l’anti-idrogeno, formato da un antiprotone e un positrone (cioè, un anti-elettrone), si comporta nello stesso modo. Al Cern, il programma di studio dell’anti-idrogeno ha una storia di quindici anni: nel 1995, sono stati prodotti i primi nove atomi artificiali di anti-idrogeno; poi, nel 2002, gli esperimenti Athena e Alpha hanno dimostrato che era possibile produrre anti-idrogeno in grandi quantità, dando il via a studi più dettagliati. Il nuovo risultato ottenuto da Alpha è soltanto la tappa più recente di questo viaggio.
Gli atomi di anti-idrogeno vengono prodotti nel vuoto, ma sono comunque circondati da materia normale. Dal momento che, come detto, materia e antimateria annichilano quando s’incontrano, gli atomi di anti-idrogeno hanno un’aspettativa di vita molto breve, che può però essere allungata usando forti campi magnetici per intrappolarli e impedire loro di venire a contatto con la materia. L’esperimento Alpha ha mostrato che è possibile conservare gli atomi di anti-idrogeno in questo modo per circa un decimo di secondo, un tempo abbastanza lungo da permetterne lo studio. Secondo quanto riportato dall’articolo di Nature, delle diverse migliaia di antiatomi a cui l’esperimento ha dato origine, 38 sono stati intrappolati abbastanza a lungo da poter essere studiati.
«Per motivi che nessuno ancora comprende, la natura ha eliminato l’antimateria. È stato perciò molto gratificante per noi guardare nella macchina e scoprire che conteneva atomi stabili e neutri di antimateria», ha affermato Jeffrey Hangst dell’Università di Århus in Danimarca, portavoce della collaborazione Alpha. «Questo risultato ci spinge a lavorare ancora più intensamente per capire quali segreti nasconde l’antimateria.»
In un altro recente sviluppo del programma sull’antimateria del Cern, l’esperimento Asacusa ha sperimentato una nuova tecnica di produzione degli atomi di anti-idrogeno. In un articolo che apparirà a breve su Physical Review Letters, la collaborazione illustra il successo riportato nella produzione di anti-idrogeno grazie a una cosiddetta trappola a cuspide (cusp trap), un primo passo essenziale nella produzione di un raggio di anti-idrogeno. I ricercatori di Asacusa svilupperanno questa tecnica fino a che raggi d’intensità sufficiente “vivranno” abbastanza a lungo da renderne fattibile lo studio.
«Con due metodi alternativi di produzione e, quindi, di studio dell’anti-idrogeno, l’antimateria non riuscirà a nasconderci le sue proprietà ancora per molto», sostiene Yasunori Yamazaki, del centro di ricerca giapponese Riken, e membro di Asacusa. «C’è ancora un po’ di lavoro di perfezionamento da fare, ma siamo molto contenti dell’alta qualità di questa tecnica.»
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ggiScienza - Cern, Ginevra - In un articolo pubblicato il 17 novembre su Nature, i ricercatori dimostrano di aver prodotto e intrappolato con successo atomi di anti-idrogeno. Questo risultato apre la strada a misure dettagliate sull’anti-idrogeno, che permetteranno ora agli scienziati di comparare materia e antimateria. L’antimateria – o, piuttosto, la sua assenza – resta uno dei grandi misteri della scienza. La materia e la sua controparte sono identiche, salvo che per la loro carica, di segno opposto, e annichilano, cioè si trasformano in energia, quando vengono a contatto. Durante il Big Bang, si stima che materia e antimateria siano state prodotte in quantità uguali: tuttavia, sappiamo che il nostro mondo è fatto esclusivamente di materia, mentre l’antimateria sembra essere scomparsa. Per capire dove sia andata a finire l’antimateria, gli scienziati adoperano correntemente diversi metodi, allo scopo di comprendere se una pur piccola differenza nelle proprietà della materia e dell’antimateria possa suggerire una spiegazione.Uno di questi metodi consiste nello studiare uno dei sistemi meglio conosciuti in fisica, l’atomo di idrogeno, fatto di un protone e un elettrone, e nel vedere se la sua controparte antimaterica, l’anti-idrogeno, formato da un antiprotone e un positrone (cioè, un anti-elettrone), si comporta nello stesso modo. Al Cern, il programma di studio dell’anti-idrogeno ha una storia di quindici anni: nel 1995, sono stati prodotti i primi nove atomi artificiali di anti-idrogeno; poi, nel 2002, gli esperimenti Athena e Alpha hanno dimostrato che era possibile produrre anti-idrogeno in grandi quantità, dando il via a studi più dettagliati. Il nuovo risultato ottenuto da Alpha è soltanto la tappa più recente di questo viaggio.
Gli atomi di anti-idrogeno vengono prodotti nel vuoto, ma sono comunque circondati da materia normale. Dal momento che, come detto, materia e antimateria annichilano quando s’incontrano, gli atomi di anti-idrogeno hanno un’aspettativa di vita molto breve, che può però essere allungata usando forti campi magnetici per intrappolarli e impedire loro di venire a contatto con la materia. L’esperimento Alpha ha mostrato che è possibile conservare gli atomi di anti-idrogeno in questo modo per circa un decimo di secondo, un tempo abbastanza lungo da permetterne lo studio. Secondo quanto riportato dall’articolo di Nature, delle diverse migliaia di antiatomi a cui l’esperimento ha dato origine, 38 sono stati intrappolati abbastanza a lungo da poter essere studiati.
«Per motivi che nessuno ancora comprende, la natura ha eliminato l’antimateria. È stato perciò molto gratificante per noi guardare nella macchina e scoprire che conteneva atomi stabili e neutri di antimateria», ha affermato Jeffrey Hangst dell’Università di Århus in Danimarca, portavoce della collaborazione Alpha. «Questo risultato ci spinge a lavorare ancora più intensamente per capire quali segreti nasconde l’antimateria.»
In un altro recente sviluppo del programma sull’antimateria del Cern, l’esperimento Asacusa ha sperimentato una nuova tecnica di produzione degli atomi di anti-idrogeno. In un articolo che apparirà a breve su Physical Review Letters, la collaborazione illustra il successo riportato nella produzione di anti-idrogeno grazie a una cosiddetta trappola a cuspide (cusp trap), un primo passo essenziale nella produzione di un raggio di anti-idrogeno. I ricercatori di Asacusa svilupperanno questa tecnica fino a che raggi d’intensità sufficiente “vivranno” abbastanza a lungo da renderne fattibile lo studio.
«Con due metodi alternativi di produzione e, quindi, di studio dell’anti-idrogeno, l’antimateria non riuscirà a nasconderci le sue proprietà ancora per molto», sostiene Yasunori Yamazaki, del centro di ricerca giapponese Riken, e membro di Asacusa. «C’è ancora un po’ di lavoro di perfezionamento da fare, ma siamo molto contenti dell’alta qualità di questa tecnica.»
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