L’esperimento ALPHA (Antihydrogen Laser PHysics Apparatus), da anni a caccia di tracce dell’antimateria, ha rilevato lo spettro di un atomo di anti-idrogeno, misurando per la prima volta lo spettro di questa materia così esotica e inafferrabile fino ad alcuni giorni fa.

La rilevazione sarà importante per ulteriori conferme alla teoria della relatività di Einstein, i fisici dell’esperimento hanno osservato uno spettro uguale a quello dell’idrogeno, avendo per questo una conferma anche sul modello standard della fisica particellare.

La ricerca che presenta la scoperta è stata pubblicata su Nature: noi abbiamo parlato con Niels Madsen dell’Università di Swansea, scienziato del CERN che da anni si occupa dell’esperimento ALPHA.

Il metodo di osservazione è molto importante, infatti: “La spettroscopia è la tecnica più precisa che noi esseri umani abbiamo a disposizione per studiare le cose”, nello studio dell’anti-idrogeno si è portata la tecnica quasi al limite: “Il record del mondo è qualcosa come a 18 cifre decimali di precisione, per individuare la linea 1S-2S dell’idrogeno ci si avvicina alle 15 cifre decimali”.

In particolare per rendere lo studio possibile è stato necessario: “Illuminare l’anti-idrogeno con una laser a 243nm, migliorato in una cavità di accumulo (resonator)”, per comprendere l’esatta frequenza del laser necessaria per l’idrogeno c’è voluto del tempo, Madsen ci ha spiegato che è stato necessario un detuning di 200 kHZ per interagire con gli atomi.

Queste caratteristiche fanno di questa individuazione il più preciso confronto tra materia e antimateria mai ottenuto.

La storia dell’antimateria inizia proprio su Nature nel 1898, grazie a delle speculazioni su un ipotetico sistema solare costituito di antimateria.

Negli ultimi anni però, grazie agli esperimenti del CERN, c’è stato un vero salto di qualità nella ricerca sperimentale, in particolare nello studio dell’anti-idrogeno.

È estremamente difficile produrre e imbattersi nell’antimateria, Madsen ci ha ricordato: “Qualsiasi briciolo che appare sopravviverà solo per un breve periodo, in quanto appena viene a incontrarsi con la materia essa si annienta”. Studiando dei casi precisi come per i positroni (antielettroni): “Essi appaiono regolarmente da alcuni tipo di decadimento radioattivo, ma sopravvivono fino ad incontrare un elettrone, il che avviene molto presto nella maggior parte dei casi”.

Per formare l’anti-idrogeno c’è bisogno di riunire antiprotoni e positroni e generare collisioni, come ci ha spiegato il professore: “Tutto ciò è estremamente difficile, anche se nel corso del tempo abbiamo ottimizzato il processo e riusciamo a fare 2500 atomi di anti-idrogeno ogni sette minuti (ancora poco)”. Per studiare queste particelle così imperscrutabili c’è bisogno di vere trappole tenute ad una temperatura estremamente bassa.

Le conquiste ottenute nel processo permettono di intrappolare: “Circa 15 di questi contemporaneamente, che è un ordine di grandezza sopra i nostri precedenti esperimenti”. Ad oggi il team di ALPHA è l’unico in grado di raggiungere risultati del genere.

Complessivamente i fisici hanno intrappolato 1,6 milioni di positroni e 90.000 antiprotoni tenuti a galla in un cilindro grazie a forti campi elettrici.

L’antimateria è una sorta di fantasma del nostro universo, tanto evanescente quanto affascinante per gli scienziati e non solo.

Ora abbiamo la prima conferma che lo spettro dell’idrogeno sia lo stesso dell’anti-idrogeno: “Il modello standard si aspettava questo, anche se c’è ancora qualche piccola imprecisione; negli anni a venire abbiamo in programma di migliorare i dati per avvicinarci all’idrogeno. Un’eventuale differenza, non riconducibile ad alcun errore sperimentale, significherebbe una riscrittura del modello standard”.

Gianluigi Marsibilio

Crediti foto: ( Maximilien Brice/CERN)

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