Gli scienziati del CERN hanno visto il 'colore' dell'antimateria per la prima volta

Un passo avanti di circa 30 anni.

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09 aprile 2018, 1:36pm

Jeff Hangst di ALPHA alla CERN Antimatter Factory. Immagine: CERN

Quando l'universo si è formato, durante il Big Bang, c'erano parti uguali di materia e antimateria — mentre oggi il nostro universo è quasi interamente fatto di materia. Quando la materia e l'antimateria si incontrano, diventano pura energia. Allora perché la materia è sopravvissuta a questi momenti violenti dopo il Big Bang, mentre invece l'antimateria è così rara?

Qualche piccola differenza tra le due potrebbe aiutare a capire come l'universo fatto di materia è diventato quello che è. Un nuovo studio, pubblicato la settimanas corsa su Nature, offre la misurazione dell'antimateria più precisa di sempre — mostrando la sua struttura spettrale in un "colore senza precedenti", stando al CERN di Ginevra, sede dell'esperimento. Per ora, l'antimateria somiglia alla normale materia che conosciamo, ma degli esperimenti più precisi ci permettono comparazioni più accurate e potrebbero gettare luce sulle preferenze dell'universo per l'una o per l'altra.

Il team ALPHA del CERN lavora con l'anti-idrogeno, il gemello di antimateria dell'idrogeno. (Lo stesso gruppo era stato il primo a catturare gli atomi freddi di anti-idrogeno nel 2010.) L'idrogeno è stato estremamente ben studiato, rendendolo un ottimo punto di partenza per questo tipo di lavoro.

Per ottenere l'anti-idrogeno, gli scienziati di ALPHA hanno usato il deceleratore antiprotoni per ottenere antiprotoni da legare ai positroni. L'anti-idrogeno è difficile da manipolare, perché c'è il rischio che si annulli con la materia. Quindi l'esperimento include il mettere in sicurezza l'anti-idrogeno dentro una trappola magnetica per poi prenderne le misure con il laser.

Nel 2016, il team di ALPHA ha fatto un esperimento simile usando la stessa tecnica di una misurazione spettroscopica dell'anti-idrogeno. Ciò che c'è di diverso è il livello di precisione — un miglioramento di 100 volte, stando al CERN.

Stavolta, gli scienziati potrebbero misurare la forma spettrale, o la differenza di colori dell'anti-idrogeno dal suo stato di più bassa energia al primo stato eccitato (chiamato transizione da 1S a 2S). Si scopre che somigliava molto all'idrogeno.

"Questa particolare tecnica di misurazione dell'idrogeno è la più precisa nella fisica quantistica," mi ha detto al telefono il collaboratore di ALPHA Scott Menary, professore di fisica alla York University di Toronto. "Lo abbiamo misurato con 15 numeri decimali. Se riuscissimo a comparare queste misure con l'equivalente di anti-idrogeno, ha continuato, avremmo trovato il "sacro graal" del nostro campo. Nel recente paper [sull'anti-idrogeno], avevamo solo 12 decimali."

Per ora, mi ha detto Menary, anti-idrogeno e idrogeno hanno lo stesso aspetto, "sfortunatamente", ha aggiunto, perché ogni piccola differenza avrebbe potuto far nascere nuove idee ed esperimenti. Comunque si sta accelerando il passo ed è sempre più plausibile che si arrivi a risultati più precisi. La scoperta annunciata questa settimana, secondo Jeffrey Hangst, portavoce di ALPHA, rappresenta un cambio di paradigma che consegue a una ricerca trentennale.

ALPHA: una nuova era nella ricerca sull'antimateria. Video: CERN/YouTube

"Materia e antimateria sono così fondamentali per le leggi della fisica," mi aveva detto nel 2016 Makoto Fujiwara, della parte canadese di ALPHA, dopo l'annuncio dei primi risultati. "Se troviamo qualche differenza significativa, dobbiamo davvero riscrivere la storia dell'universo."

Questo articolo è apparso originariamente su Motherboard US.