L'antimateria non cade, rivela l'esperimento del CERN – Physics World

L'antimateria non cade, rivela l'esperimento del CERN – Physics World

Timestamp: 27 settembre 2023 11:30

Scintillatore a botte
Scendendo: lo scintillatore a barile di ALPHA-g in fase di assemblaggio al CERN. (Per gentile concessione: CERN)

L’antimateria non “cade verso l’alto”, ma piuttosto risponde all’attrazione gravitazionale della Terra più o meno allo stesso modo della materia normale. Questa è la conclusione dei fisici che lavorano su ALFA-g esperimento al CERN, che hanno effettuato la prima osservazione diretta di atomi di antimateria in caduta libera.

L’esperimento aiuta a escludere l’idea che una differenza nelle loro risposte alla gravità sia in qualche modo responsabile del fatto che nell’universo visibile ci sia molta più materia che antimateria. Tuttavia, la misurazione lascia ancora aperta la possibilità allettante, ma molto improbabile, che l’antimateria e la materia reagiscano in modo leggermente diverso alla gravità.

L’antimateria fu prevista per la prima volta nel 1928 e quattro anni dopo furono osservate in laboratorio le prime particelle di antimateria – antielettroni o positroni. Le particelle di antimateria sembrano essere identiche alle loro controparti materiali, ma con carica, parità e tempo invertiti. Finora, gli studi sulle antiparticelle suggeriscono che abbiano la stessa massa delle loro controparti e che rispondano alla gravità nello stesso modo.

Bandito dalla vista

Questa somiglianza suggerisce che l’antimateria avrebbe dovuto essere prodotta nella stessa quantità della materia durante il Big Bang. Ciò va contro ciò che sappiamo dell’universo visibile, che sembra contenere molta più materia che antimateria. Di conseguenza, i fisici stanno cercando modi sottili in cui l’antimateria differisce dalla materia, perché trovare tali differenze potrebbe aiutare a spiegare perché la materia domina sull’antimateria.

Le misurazioni indirette dell’effetto della gravità sull’antimateria suggeriscono che la materia e l’antimateria rispondono entrambe allo stesso modo alla gravità. Tuttavia, le difficoltà nel lavorare con l'antimateria hanno fatto sì che non fosse stata effettuata un'osservazione diretta dell'antimateria che cadeva liberamente sotto la gravità terrestre.

Sebbene l'antimateria possa essere prodotta in laboratorio, si annichila al contatto con la materia in un apparato sperimentale. Quindi è necessario prestare molta attenzione ad accumulare abbastanza antimateria per fare un esperimento. Negli ultimi dieci anni, il team ALPHA del CERN ha perfezionato l’intrappolamento magnetico dell’antimateria sotto alto vuoto per ridurre al minimo l’annientamento. Ora hanno creato una trappola all’interno di un’alta camera a vuoto cilindrica chiamata ALPHA-g, che consente loro di osservare se l’antimateria cade verso il basso o verso l’alto.

Il loro esperimento prevede il riempimento della camera con atomi di antiidrogeno, ciascuno dei quali comprende un antiprotone e un positrone. I positroni vengono raccolti da una sorgente radioattiva e gli antiprotoni vengono creati sparando protoni contro un bersaglio solido. Entrambi i tipi di antiparticelle vengono rallentati con molta attenzione e quindi combinati per creare antiidrogeno.

Sfuggire alla trappola

L'esperimento ALPHA-g inizia con l'antiidrogeno intrappolato magneticamente al centro del cilindro. Quindi il campo di intrappolamento viene ridotto, in modo che gli antiatomi inizino a sfuggire alla trappola. Questi fuggitivi colpiscono le pareti della camera, dove l'annientamento crea un lampo di luce all'interno di un rilevatore di scintillazione. Il team ha osservato circa l’80% delle annichilazioni sotto il centro della trappola, suggerendo che gli antiatomi cadono sotto gravità una volta rilasciati dalla trappola. Ciò è stato confermato ripetendo l’esperimento più di una dozzina di volte. L’equipe non ha osservato il 100% degli antiatomi muoversi verso il basso perché il movimento termico delle particelle ne mandava alcune verso l’alto e si annichilavano prima di poter ricadere – spiega il portavoce di ALPHA-g Jeffrey Hangst, che studia all'Università di Aarhus in Danimarca. Hangst ha detto Mondo della fisica che l'esperimento è coerente è con la caduta dell'antiidrogeno.

Tuttavia, ALPHA-g ha scoperto che gli antiatomi subivano un'accelerazione dovuta alla gravità terrestre che è circa 0.75 di quella sperimentata dalla materia normale. Sebbene questa misurazione abbia una bassa significatività statistica, offre l’allettante speranza che i fisici possano presto scoprire una differenza tra materia e antimateria che potrebbe puntare verso una nuova fisica oltre il Modello Standard.

Graham Shore dell'Università britannica di Swansea Mondo della fisica che il risultato ALPHA-g non dovrebbe essere interpretato come prova che l'antimateria risponde diversamente dalla materia nel campo gravitazionale terrestre.

"Qualsiasi misurazione di [una discrepanza] sarebbe enormemente inaspettata e probabilmente indicherebbe un nuovo tipo di forza gravitazionale, forse un gravifotone, ma è difficile vedere come questo possa essere rimasto nascosto agli esperimenti gravitazionali di precisione sulla materia", spiega Shore. , che non era coinvolto nell'esperimento ALPHA-g.

Tuttavia, dovremo attendere ulteriori dati dall'esperimento perché l'ALPHA-g è stato smantellato e al suo posto è stato installato un esperimento di spettroscopia al CERN. Hangst e i suoi colleghi stanno attualmente risolvendo un noto difetto di progettazione in un magnete in ALPHA-g e stanno cercando di capire come raffreddare al laser gli atomi di antiidrogeno per migliorare le prestazioni dell'esperimento.

La ricerca è descritta in Natura.

Timestamp:

Di più da Mondo della fisica