L’antimateria è una sostanza difficile da studiare, ma solo perché dsitruggerebbe qualsiasi contenitore in cui si prova ad inserirla.
Ma ora, i fisici del CERN hanno sviluppato una “nuova trappola” per l’antimateria che può raffreddare i campioni in pochi secondi, anziché ore. Questo progresso consente agli scienziati di studiare campioni più grandi più a lungo, il che potrebbe aiutare a svelare alcuni dei più grandi misteri dell’universo.
L’antimateria è una specie di “gemello malvagio” della materia normale che domina il mondo che ci circonda. La differenza principale è che le sue particelle hanno la carica opposta alle loro controparti comuni, ma questa semplice variazione ha un’importante implicazione: se le particelle di materia e antimateria si incontrano, si distruggono a vicenda in un’esplosione di energia.
Fortunatamente per noi, l’antimateria è estremamente rara nell’universo, ma gli scienziati non sono sicuri del perché sia così. Secondo il Modello Standard, il Big Bang avrebbe dovuto creare uguali quantità di materia e antimateria, che poi avrebbero dovuto entrare in collisione e spazzare via la maggior parte dei corpi celesti dell’universo. Il fatto che siamo qui ora per metterlo in discussione mostra che ciò non è accaduto.
Sfortunatamente la rarità e la volatilità dell’antimateria rendono difficile indagare sul problema. Può essere creato solo in piccole quantità in strutture come il Large Hadron Collider, dove le particelle vengono frantumate insieme per produrre coppie di particelle di materia e antimateria. Ed è difficile da immagazzinare: ovviamente non puoi semplicemente mettere l’antimateria in un barattolo, perché scomparirà non appena entrerà in contatto con la materia.
Quindi gli scienziati immagazzinano l’antimateria in quelle che vengono chiamate trappole di Penning, che utilizzano campi elettromagnetici per sospendere particelle e antiparticelle nel vuoto. Questi campioni sono spesso raffreddati a temperature estremamente basse per ridurre altre interferenze, ma le tecniche comunemente usate sulla materia sono difficili da applicare all’antimateria.
Ora i ricercatori del CERN hanno sviluppato una nuova versione di queste trappole per raffreddare l’antimateria migliorando la precisione delle misurazioni.
Ecco il nuovo tipo di raffreddamento
Il raffreddamento laser è una delle tecniche principali: in sostanza, quando un atomo viene colpito da un raggio laser, assorbe e quindi riemette un fotone. È difficile sperare che l’antimateria risponda direttamente a questo metodo, sebbene un altro progetto del CERN abbia recentemente fatto un passo avanti in quell’area. Invece, l’antimateria può essere raffreddata indirettamente mediante il raffreddamento laser degli ioni vicini, che assorbono quindi il calore dalle particelle dell’antimateria. Il problema però torna a mettere materia e antimateria nella stessa trappola.
Quindi, per la nuova versione, gli scienziati della collaborazione BASE del CERN hanno collegato due trappole Penning con un circuito elettrico risonante superconduttore da 3,5 pollici. Una trappola contiene una nuvola di ioni di berillio, mentre l’altra ospita un singolo antiprotone. Quando il berillio viene raffreddato al laser, l’energia viene trasferita dall’antiprotone, attraverso il circuito, agli ioni, raffreddando così l’antiprotone.
Il team afferma che questo metodo può raffreddare i campioni molto più rapidamente del solito e a temperature più fredde.
“Si tratta di un’importante pietra miliare nella spettroscopia di precisione con trappola di Penning“, afferma Christian Smorra, autore dello studio. “Con procedure ottimizzate dovremmo essere in grado di raggiungere temperature delle particelle dell’ordine di 20-50 milliKelvin (mK), idealmente in tempi di raffreddamento dell’ordine di 10 secondi. I metodi precedenti ci hanno permesso di raggiungere i 100 mK in 10 ore”.