FONTE: INTERNETUn fascio di antidrogeno per indagare l'universo
Una collaborazione internazionale delCERN di Ginevra, di cui fanno parte anchericercatori italiani dell'Istituto nazionale difisica nucleare, ha prodotto per la primavolta un fascio di atomi di antidrogeno,il corrispettivo dell'idrogeno nel mondodell'antimateria. Questo risultato dovrebbepermettere una verifica precisa delleprevisioni del modello standard e potrebbeaiutare a risolvere uno di misteri della fisica,ovvero la prevalenza della materia rispettoall'antimateria nel cosmo(red)
fisicafisica delle particelleDovrebbe permettere misurazioni piùagevoli e più precise delle proprietàdell'antimateria e di verificare le previsionidel modello standard della fisica delle perticelleil nuovo metodo per produrre un fascio diatomi di antidrogeno
descritto su "Nature Communication" da Naofumi Kuroda, ricercatore dell'Universitàdi Tokio, e colleghi di un'ampia collaborazioneinternazionale, tra i quali Marco Leali, EvandroLodi Rizzini, Nicola Zurlo e Luca Venturellidell'Università di Brescia e della sezione brescianadell'Istituto nazionale di fisica nucleare (INFN),nell'ambito della collaborazione ASACUSA. L'atomo di antidrogeno è il corrispettivodell'atomo dell'idrogeno nel mondo dell'antimateria:è composto dall'antiparticella del protone, chiamataantiprotone, che ha la stessa massa del protone macarica negativa invece che positiva, attorno a cui orbitaun anti-elettrone, o positrone, cioè una particella conmassa dell'elettrone ma con carica positiva, invece chenegativa. Kuroda e colleghi hanno messo a punto unafonte di antimateria presso il deceleratore di antiprotonidel CERN di Ginevra, un dispositivo circolare che permettedi immagazzinare le particelle, tipicamente elettroni,protoni e positroni.
Un elemento del complesso apparato sperimentale utilizzato nellacollaborazione ASACUSA del CERN di Ginevra per lostudio dell'antimateria (cortesia CERN)Nel nuovoapparato una serie di campi magnetici attentamentecontrollati permettono di miscelare antiprotoni epositroni. Da questa miscela, in opportune condizioni,è possibile ottenere un fascio di atomi di antidrogenoche viaggia in un una direzione definita, a differenzadi quanto accade con i metodi di produzione diantimateria convenzionali. I ricercatori hanno prodottoben 80 atomi di antidrogeno. Inoltre, dato ancora piùrilevante del numero di atomi prodotti, questofascio è stato fatto emergere dalla trappolamagnetica in modo da essere analizzato con unrivelatore posto a 2,7 metri, un primato assoluto.Il risultato ottenuto da Kuroda e colleghi sarà dinotevole aiuto nella verifica del modello standard,che descrive la fisica che governa l'universo intermini di interazioni tra particelle e forze fondamentali.Il modello standard prevede che sia rispettatauna fondamentale simmetria denominata CPT,ovvero che un sistema o un processo fisico siadescritto dalle stesse leggi del sistema ottenutodal primo applicando tre trasformazioni: laconiugazione di carica "C", che commuta ogni particellanella corrispondente antiparticella; la parità "P", cheinverte gli assi spaziali, come se il sistema fosseosservato in uno specchio; l'inversione temporale "T",in virtù della quale il tempo scorre dal futuro al passato,come in un filmato fatto scorrere all'indietro.
Rappresentazione schematica dell'apparatosperimentale: gli atomi di antidrogeno vengonoprodotti nella trappola magnetica CUSP(rappresentata dalle linee di campo magneticonella parte sinistra dell'illustrazione). Parte diquesti antiatomi fluiscono verso la parte destradell'apparato. Al termine della corsa, vengonorilevati (CortesiaWidmann and N. Kuroda/CERN)Questa simmetriaha una conseguenza sperimentale diretta: lospettro della radiazione elettromagneticaemessa o assorbita nel passaggio dell'elettronedell'idrogeno a livelli energetici diversi rispettoa quello di partenza deve avere un'esattacorrispondenza nell'atomo di antidrogeno.Ovvero, idrogeno e antidrogeno devonoavere le stesse proprietà spettroscopiche.Per poter effettuare studi spettroscopicidell'antidrogeno occorre superare due difficoltàsostanziali: la costruzione di complessi apparatiper la produzione degli elusivi antiatomi, chetendono a decadere in frazioni infinitesime disecondo, e la necessità di usare intensi campimagnetici per il confinamento degli antiatomi inuna "trappola magnetica". Se il "contenitore"fosse costituito di materia, un'eventuale contattocon l'antimateria distruggerebbe quest'ultima.La tecnica della trappola magnetica è usata nell'esperimentoALPHA del CERN di Ginevra, che ha ottenuto i maggiorisuccessi nella produzione di antidrogeno: nel 2011,sono stati prodotti e intrappolati 112 atomi per 16minuti, permettendo per la prima volta un'analisipettroscopica di questa specie chimica del mondodell'antimateria. L'accuratezza però era limitata propriodalla presenza del campo magnetico, non permettendodi verificare la violazione di CPT in modo rigoroso. Ora i risultati di Kuroda e colleghi aprono la stradaa verifiche di questo tipo. "Il risultato appenapubblicato - spiega Venturelli dell'INFN di Bresciae dell'Università di Brescia che coordina il gruppoitaliano della collaborazione - rende molto piùconcreta e vicina la possibilità di realizzaremisure di precisione con gli atomi di anti-idrogeno"."E sondare le caratteristiche dell'antimateria - prosegue il ricercatore italiano - può aiutare arisolvere uno dei grandi misteri della fisica moderna:la prevalenza di materia rispetto all'antimateria nell'universo visibile".