Un articolo pubblicato sulla rivista “Nature” descrive la misurazione di una riga spettrale di un atomo di antidrogeno. L’esperimento ALPHA del CERN, che ha proprio lo scopo di condurre esperimenti sull’anti-idrogeno per capire meglio le caratteristiche dell’antimateria, è riuscito a intrappolare un anti-atomo per esaminarlo con un laser e stabilire che le sue caratteristiche spettrali sono identiche a quelle dell’idrogeno.
L’esame di un atomo può sembrare poca cosa ma l’esame di un anti-atomo rappresenta il coronamento di ben 20 anni di lavoro di molte persone al CERN. Tutto questo tempo è stato necessario per risolvere una serie di problemi tecnologici per produrre atomi di anti-idrogeno e intrappolarli in modo che rimanessero isolati da particelle di materia comune abbastanza a lungo da poterli studiare.
L’asimmetria tra materia e antimateria non è ancora stata chiarita e riuscire a studiare anti-atomi sarebbe molto utile per cercare di capirne la causa. La creazione di particelle di antimateria è la parte più facile, infatti ciò accade normalmente negli acceleratori di particelle ma quando una di queste particelle tocca una di materia comune esse si disintegrano a vicenda. In un universo composto quasi esclusivamente di materia un contatto è molto probabile perciò la formazione di anti-atomi anche molto semplici è già un grosso problema.
L’isotopo di idrogeno più comune è formato semplicemente da un protone e da un elettrone ed è l’atomo più comune nell’universo. Per questo motivo, le sue caratteristiche, anche a livello spettrale, sono conosciute con estrema precisione. L’esperimento ALPHA ha lo scopo di lavorare con atomi di anti-idrogeno, formati da un anti-protone e da un positrone, il nome comune dell’anti-elettrone. È uno degli esperimenti dell Deceleratore di Antiprotoni (Antiproton Decelerator, AD) un anello di accumulazione, un tipo di acceleratore di particelle, del CERN.
Nel corso degli anni l’esperimento ALPHA ha sviluppato le tecnologie per produrre atomi di anti-idrogeno e per trattenerli in trappole magnetiche progettate appositamente. La manipolazione degli anti-atomi è diventata molto precisa e oggi permette di manipolarne pochi alla volta. Fino a poco tempo fa, gli scienziati riuscivano a ottenere 25.000 atomi di anti-idrogeno dal plasma presente nell’AD per tentativo e di questi una media di 1,2 veniva intrappolata. Ora la quantità di anti-atomi intrappolati è salita a 14.
Illuminando gli anti-atomi intrappolati con un raggio laser a una frequenza ben precisa, gli scienziati sono riusciti a osservare le interazioni del raggio con gli stati interni dell’anti-idrogeno. Le misurazioni sono state effettuate osservando quella che viene chiamata transizione 1S-2S, cioè il passaggio dallo stato fondamentale al secondo stato eccitato grazie all’energia che viene assorbita dal positrone. Nell’idrogeno atomico, lo stato S2 generato dall’energia assorbita da un elettrone genera una stretta linea spettrale che si presta a misurazioni di grande precisione.
La mancanza di differenze tra le linee spettrali degli atomi di anti-idrogeno e quelli di idrogeno è coerente con il Modello Standard, la teoria che oggi come oggi offre la miglior descrizione delle particelle e delle forze esistenti. In sostanza viene confermata la simmetria tra i livelli energetici in idrogeno e anti-idrogeno, quella che viene chiamata simmetria CPT (Carica, Parità, Tempo).
Questo risultato rappresenta una tappa davvero importante nelle ricerche sull’antimateria, tuttavia ci sono ancora molte altre tappe prima di comprendere l’asimmetria rispetto alla materia. La prossima tappa consisterà nello studio dell’anti-idrogeno con il laser a una vasta gamma di energie per testare in maniera più rigorosa la simmetria CPT.
