Fisica/Astronomia/astrofisica

Mappata al CERN l’impronta digitale dell’antimateria

L’esperimento ALPHA in corso al CERN cerca di rispondere a una delle questioni fondamentali della fisica: perché c’è più materia che antimateria nell’universo? Si tratta di uno studio complicato perché l’antimateria è notoriamente difficile da contenere e non appena un atomo di antimateria tocca la materia comune, entrambi entrambi gli atomi si annichiliscono.

Ciononostante, sono state fatte delle misure per capire meglio l’inusuale struttura e il comportamento dell’antimateria, e una nuovo poster pubblicato di recente su Nature spiega cosa è stato fatto e capito. Utilizzando tecniche all’avanguardia, un team internazionale di fisici è riuscito a osservare, per la prima volta, un qualcosa in un atomo di antidrogeno – la controparte dell’idrogeno comune – denominato “struttura iperfina”.

Gli atomi di materia sono circondati da elettroni, al contrario, gli antiatomi di antimateria antimateria sono circondati da positroni (detti anche antielettroni). Quando le particelle e le antiparticelle vengono energizzate, saltano “in su” ad uno stato di energia più elevato e quando perdono energia, cadono “in basso” in uno stato di energia più basso.

Visto da una prospettiva “ingrandita”, questo fenomeno è noto come struttura raffinata; Zoomato ad un livello più dettagliato, è conosciuto come struttura iperfina.

Questo fenomeno è stato osservato nei comuni atomi di idrogeno da molti decenni e il CERN afferma ora di averlo osservato in atomi di anti-idrogeno. nonostante sembrasse una cosa ovvio, per la prima volta si è potuto osservare nei fatti che non esiste alcuna differenza nelle strutture iperfine tra idrogeno e anti-idrogeno.

Per effettuare l’osservazione, sono stati creati anti-atomi di anti-idrogeno attraverso una serie di collisioni ad alta energia.

Questo è solo l’inizio di una ricerca molto lunga e ardua per capire l’antimateria. Agnieszka Skalska / Shutterstock

Per ogni milione di collisioni di particelle, vengono create all’incirca quattro coppie protone-antiprotone. Utilizzando campi magnetici estremamente potenti, questi antiprotoni vengono quindi allontanati e portati all’Antiproton Decelerator, per ridurre la loro velocità dal 96% al 10% della velocità della luce.

Un atomo di idrogeno tipico contiene solo un protone, un anti-atomo anti-idrogeno contiene solo un antiprotone. Isolando questi nell’ALPHA  e utilizzando esplosioni mirate di energia a microonde per eccitarli energeticamente, si è potuta osservare con notevole precisione la struttura iperfina dell’antimateria.

Alcuni hanno identificato questa come “l’impronta digitale” spettrale dell’antidrogeno, una caratteristica identificativa chiave unica. Ora che l’esperimento è stato documentato, si potranno ripetere gli stessi esperimenti per campioni più pesanti di antimateria, incluso l’antihelium.

Infine, l’intero spettro atomico sconosciuto sarà completamente mappato dai cartografi del CERN e forse uno dei più grandi enigmi del nostro tempo sarà più vicino all’essere risolto.

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