Wetenschappers meten voor het eerst antimaterie met een laser

Toen het universum pakweg 13,7 miljard jaar geleden het bestaan in Big Bangde, werden materie en antimaterie in gelijke mate gecreëerd, volgens natuurkundigen. Maar als we vandaag de dag om ons heen kijken, is alles van materie gemaakt en zien we geen antimaterie – gelukkig. Materie en antimaterie vernietigen elkaar bij contact, en laten alleen pure energie achter.

Dus. Waar is al de antimaterie gebleven?

Het antwoord heeft enorme implicaties: het is een andere manier van vragen waarom het universum bestaat. Hoewel materie en antimaterie volledig equivalent zijn, moet er ergens een piepklein verschil zijn waardoor het universum een voorkeur heeft voor materie.

Wetenschappers proberen al decennia dat verschil te karakteriseren, omdat het uit zou kunnen leggen waarom wij – en alle sterren, bomen, honden en eigenlijk alles wat we kennen – hier zijn.

In een nieuw paper dat gisteren gepubliceerd werd in Nature,is er een enorme stap gezet. Het ALPHA-experiment van CERN in Genève (waar ook het Higgs-boson ontdekt is) heeft lasers gebruikt om de eerste spectrografische meting van een antimaterie-atoom te doen – in dit geval antiwaterstof. Een gedetailleerde meting doen van antimaterie is al decennia een groot doel voor wetenschappers.

"Antimaterie is een oorsprongsprobleem. We kunnen niet verklaren waarom er een universum is," vertelt hoofdauteur Jeffrey Hangst van de Universiteit van Aarhus in Denemarken. "Wij zien alleen normale materie."

Het ALPHA-experiment: nieuwe resultaten voor antimaterie. Video: CERN/YouTube

Eerst creëerde het ALPHA-team antimaterie, en sloot deze vervolgens in een kleine magnetische val, waar het gekoeld werd. (De koelende cryostaat werd gemaakt bij TRIUMF, een deeltjesfysicalab in Vancouver.)

ALPHA straalde vervolgens een laser de kamer in om de antiatomen te exciteren.

Spectroscopische metingen zijn een van de meest precieze metingen die wetenschappers kunnen doen, en vertellen een hoop over de eigenschappen van een atoom. Omdat waterstof uitgebreid bestudeerd is, is het een ideale kandidaat voor vergelijking. Tot dusver lijkt antiwaterstof erg veel op zijn normale tweeling. Het spectrum van antimaterie was consistent met die van waterstof tot een relatieve nauwkeurigheid van twee op tien miljard, volgens TRIUMF.

"Dit is echt de eerste meting die iemand ooit met een laser heeft gedaan bij een antiwaterstofatoom," zei Makoto Fujiwara. Fujiwara is wetenschapper bij TRIUMF, leider van de Canadese tak van ALPHA en co-auteur van de paper. "Dit is het begin van een spannend seizoen."

Het onderzoek opent deuren naar allerlei nieuw onderzoek. Het ALPHA-team probeert een nieuw apparaat te bouwen dat ALPHA-g (de 'g' staat voor 'gravity') die moet testen hoe antimaterie valt – of zwaartekracht hetzelfde werkt voor antimaterie als voor normale materie.

"Materie en antimaterie zijn zo fundamenteel voor de natuurkundige wetten," zei Fujiwara. "Als we een significant verschil vinden, moeten we de geschiedenis van het universum herschrijven."