Antimateria: intrappolata per 16 minuti / Antimatter: trapped for 16 minutes

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

Atomi di anti-idrogeno catturati per il tempo record di mille secondi. Quanto basta per poterli studiare. Cosa nasconde l'antimateria?

Mille secondi, ovvero 16 minuti e 40 secondi. Tanto è il tempo per il quale i ricercatori dell’ esperimento Alpha (Antihydrogen Laser Physics Apparatus) del Cern sono riusciti a catturare alcuni atomi dianti-idrogeno. “ Un’eternità”, secondo Joel Fajanas, membro dell’esperimento e docente di Fisica a Berkeley. Si tratta, infatti, di un record assoluto: un tempo 5mila volte superiore a quello raggiunto lo scorso novembre sempre dai ricercatori dell’Alpha. Ma soprattutto, come spiega Jeffrey Hangst, leader dello studio, è un intervallo abbastanza lungo per cominciare a studiare queste particelle. Questo risultato è stato presentato sulle pagine di Nature Physics insieme a un resoconto dettagliato di quanto ottenuto nel corso degli scorsi dodici mesi: 112 atomi di anti-idrogeno creati e catturati per un tempo variabile tra un quinto di secondo e mille secondi.

Da quando, nel 2009, atomi di anti-idrogeno sono stati catturati per la prima volta (sono stati creati per la prima volta, sempre a Ginevra, nel 2002 ma si sono istantaneamente distrutti), la possibilità di studiare l’antimateria, postulata negli anni ’30 da Paul Dirac, si sta velocemente trasformando da sogno impossibile per appassionati di Star Trek e fantascienza, a realtà. Da allora, infatti, nel centro svizzero sono stati creati e catturati 309 atomi di anti-idrogeno. Ma il Cern con il suo Lhc non è il solo istituto occuparsi di antimateria: c’è anche il Relativistic Heavy Ion Collider (Rhic), negli Usa, dove lo scorso aprile è stato catturato l’antiatomo più pesante al mondo: l’antielio-4. Inoltre, non si può dimenticare Ams 02 (Alpha Magnetic Spectrometer), ilcacciatore di antimateria che è appena arrivato sulla Stazione Spaziale Internazionale per catturare le particelle elementari nello Spazio.

Le particelle di antimateria sono, secondo il Modello Standard, il corrispettivo delle particelle di materia (elettroni, neutroni, protoni, ecc). Riprodurle in laboratorio non è più un problema per i fisici del Cern o di altri laboratori dotati di un acceleratore di particelle come il Large Hadron Collider. Grazie a questi strumenti, infatti, è lavoro di tutti i giorni creare anti-protoni che vengono poi mescolati con anti-elettroni o positroni (quelli della tomografia a emissioni di positroni) in una camera a vuoto, dove alcuni di questi si combinano per dare origine ad atomi di anti-idrogeno.

È qui che comincia il lavoro più complicato per i ricercatori. Queste particelle infatti si distruggono appena entrano in contatto con la materia, devono quindi essere catturate in complicate trappole: campi magnetici molto potenti e dalle maglie molto strette, chiamatibottiglie magnetiche.

Queste particelle sono create direttamente all’interno delle trappole e individuate semplicemente interrompendo il campo magnetico e registrando la loro distruzione, che provoca un lampo.

Anzi, come ricorda il Guardian, questo processo, chiamato annichilazione, trasforma le masse delle particelle in energia secondo la famosa equazione di Albert Einstein, E=mc 2. Un Kg di antimateria che entra in contatto con altrettanta materia provoca un’esplosione circa 3000 volte superiore a quella di Hiroshima.

L’obiettivo di Hangst e colleghi, tuttavia, non è creare esplosioni (anche se questo tipo di esperimenti affascina molto gli autori di Science Fiction), quanto condurre esperimenti sull’antimateria per stabilire se essa ubbidisce alle stesse leggi della fisica della materia, e per capire perché, rispetto a quest’ultima, sembra essere così poco presente nell’Universo, sebbene durante il Big Bang se ne dovrebbe essere creata una quantità uguale.

Come riportato su Nature Physics, i ricercatori hanno già cominciato a studiare gli anti-atomi misurandone la distribuzione dell’energia. “Potrebbe non sembrare molto emozionante”, commenta Jonathan Wurtele, coautore dello studio, “ ma si tratta del primo esperimento mai condotto su anti-idrogeno intrappolato. Quest’estate speriamo di riuscire a misurare cambiamenti indotti dalle microonde sullo stato atomico degli anti-atomi”.

ENGLISH

Anti-hydrogen atoms captured for a thousand-second record time. Enough to study them. What does antimatter hide?

A thousand seconds, or 16 minutes and 40 seconds. So much is the time for which the researchers of the experiment Alpha (Antihydrogen Laser Physics Apparatus) of Cern managed to capture some hydrogen-atoms. "An eternity", according to Joel Fajanas, member of the experiment and professor of Physics at Berkeley. It is, in fact, an absolute record: a time 5 thousand times higher than that reached last November by the Alpha researchers. But above all, as Jeffrey Hangst, leader of the study, explains, is a long enough interval to start studying these particles. This result was presented on the pages of Nature Physics along with a detailed account of what has been achieved over the past twelve months: 112 anti-hydrogen atoms created and captured for a variable time between one fifth and one thousand seconds.

Since, in 2009, anti-hydrogen atoms have been captured for the first time (they were created for the first time, again in Geneva in 2002 but they were instantly destroyed), the possibility of studying antimatter, postulated in 30s by Paul Dirac, it is fast becoming an impossible dream for fans of Star Trek and science fiction, to reality. Indeed, since then, 309 anti-hydrogen atoms have been created and captured in the Swiss center. But CERN with its LHC is not the only institution dealing with antimatter: there is also the Relativistic Heavy Ion Collider (Rhic), in the USA, where last April the heaviest antiathromatic in the world was captured: the anti-helium -4. Also, you can not forget Ams 02 (Alpha Magnetic Spectrometer), the antimatter hunter who has just arrived on the International Space Station to capture elementary particles in space.

According to the Standard Model, antimatter particles are the equivalent of matter particles (electrons, neutrons, protons, etc.). Reproducing them in the laboratory is no longer a problem for Cern physicists or other laboratories equipped with a particle accelerator like the Large Hadron Collider. Thanks to these tools, in fact, it is everyday work to create anti-protons that are then mixed with anti-electrons or positrons (those of positron emission tomography) in a vacuum chamber, where some of these combine to give origin to anti-hydrogen atoms.

This is where the most complicated job for researchers begins. These particles, in fact, are destroyed as soon as they come into contact with matter, they must therefore be captured in complicated traps: very powerful magnetic fields with very narrow meshes, called magnetic bottles.

These particles are created directly inside the traps and identified simply by interrupting the magnetic field and recording their destruction, which causes a flash.

Indeed, as the Guardian recalls, this process, called annihilation, transforms the masses of particles into energy according to the famous Albert Einstein equation, E = mc 2. A Kg of antimatter that comes into contact with the same material causes an explosion of about 3000 times higher than Hiroshima.

The goal of Hangst and his colleagues, however, is not to create explosions (even if this kind of experiments fascinates Science Fiction authors a great deal), but to conduct experiments on antimatter to determine whether it obeys the same laws of matter physics, and to understand why, compared to the latter, it seems to be so little present in the Universe, although an equal amount should be created during the Big Bang.

As reported in Nature Physics, researchers have already begun to study anti-atoms by measuring their energy distribution. "It may not seem very exciting," commented Jonathan Wurtele, co-author of the study, "but it is the first experiment ever conducted on trapped anti-hydrogen. This summer we hope to be able to measure changes induced by microwaves on the atomic state of the anti-atoms ".

Da:

https://www.galileonet.it/2011/06/antimateria-intrappolata-per-16-minuti/