Al CERN misura ancora più accurata della massa di un antiprotone

L'esperimento ASACUSA del CERN di Ginevra ha ottenuto una nuova misura più precisa della massa dell'antiprotone relativa a quella dell'elettrone. Il risultato è stato pubblicato sulla rivista Science. Questo esito si basa su misure spettroscopiche con circa 2 miliardi di atomi di elio antiprotonico raffreddato a temperature estremamente fredde da 1,5 a 1,7 gradi sopra lo zero assoluto. Negli atomi di elio antiprotonico un antiprotone prende il posto di uno degli elettroni che normalmente sarebbero in orbita intorno al nucleo. Tali misure forniscono uno strumento unico per il confronto con elevata precisione della massa di un'antiparticella con la sua controparte materia.

Cacciatore di antimateria sulla Iss cattura strani segnali dallo spazio

I risultati della collaborazione internazionale Alpha Magnetic Spectrometer (AMS), il cacciatore di antimateria installato dal 2011 sulla Stazione Spaziale Internazionale (ISS), sono stati al centro della tre giorni "AMS Days at CERN", che ha visto coinvolti alcuni tra i più importanti fisici teorici e sperimentali a livello mondiale tra cui  i responsabili  dei più importanti esperimenti dedicati allo studio  della fisica dei raggi cosmici. L'obiettivo primario delle giornate è comprendere il significato dei più recenti risultati di AMS e confrontarlo con quelli degli altri esperimenti e con le teorie oggi più accreditate sulla fisica dei raggi cosmici.

Fisica: riparte il superacceleratore di particelle del Cern dopo 2 anni

I protoni hanno ricominciato a circolare nel superacceleratore del CERN di Ginevra, che ora opererà a un'energia mai raggiunta prima, permettendo ai fisici di indagare territori ancora inesplorati. Dopo due anni di intensa manutenzione e di consolidamento, e diversi mesi di preparazione per il riavvio, il Large Hadron Collider (LHC), il più potente acceleratore di particelle al mondo, è di nuovo in funzione. Nella giornata di domenica 5 aprile alle 10:41, un fascio di protoni è tornato sul ring di 27 Km, seguito alle 12:27 da un secondo fascio in rotazione nella direzione opposta. Questi fasci hanno circolato all'energia di iniezione di 450 GeV.

Esperimento al Cern: misurata l'ombra dell'antimateria sulla materia

Misurata la deflessione di un fascio di antiprotoni. L'esperimento AEḡIS, condotto dal CERN con il supporto dell'INFN, misurato, grazie allo strumento chiamato “deflettometro di moiré”, la deflessione di un fascio di antiprotoni sotto l'effetto di una debolissima forza magnetica. Si tratta di un primo test dello strumento che ne ha verificato l'efficienza e la sensibilità, nella prospettiva di eseguire in futuro misure degli effetti della gravità su atomi di anti-idrogeno.

CERN produce e intrappola con successo primo raggio di antimateria

L'esperimento ASACUSA al Cern di Ginevra è riuscito per la prima volta a produrre un fascio di atomi di anti-idrogeno. Il risultato è presentato in un articolo pubblicato martedì scorso su Nature Communications, nel quale la collaborazione scientifica spiega di aver rivelato in modo inequivocabile 80 atomi di anti-idrogeno 2,7 metri a valle della sorgente. Questo risultato è un passo significativo verso la hyperfine spectroscopys di atomi di anti-idrogeno.

"Il risultato appena pubblicato - spiega Luca Venturelli dell'Infn di Brescia e dell'Università di Brescia che coordina il gruppo italiano della collaborazione - rende molto più concreta e vicina la possibilità di realizzare misure di precisione con gli atomi di anti-idrogeno". "E sondare le caratteristiche dell'antimateria - prosegue Venturelli - può aiutare a risolvere uno dei grandi misteri della fisica moderna: la prevalenza di materia rispetto all'antimateria nell'universo visibile". 

Oggi è possibile produrre quantità significative di anti-idrogeno mescolando antielettroni (detti anche positroni) e antiprotoni a bassa energia prodotti dal deceleratore di antiprotoni del Cern. La difficoltà però sta nel mantenere gli antiatomi prodotti lontano dalla materia ordinaria, per evitare che annichilino (materia e antimateria, infatti, quando entrano in contatto si annichilano vicendevolmente).

Per fare ciò gli esperimenti hanno sfruttato finora le proprietà magnetiche dell'anti-idrogeno utilizzando campi magnetici fortemente non uniformi per "intrappolare" gli antiatomi abbastanza a lungo per studiarli. Tuttavia, i campi magnetici perturbano questi sistemi di anti-atomi compromettendo così la precisione delle misure e quindi lo studio del loro comportamento. 

Per consentire una spettroscopia pulita ad alta risoluzione, la collaborazione ASACUSA ha sviluppato una tecnica innovativa: produrre un fascio di antiparticelle in modo da studiare gli antiatomi “in volo”, lontano dai campi magnetici. A 2,7 metri di distanza dalla sorgente, infatti, l’influenza dei campi magnetici utilizzati inizialmente per produrre gli antiatomi è piccola, quindi lo stato del sistema subisce perturbazioni minime. Perché studiare l’antimateria.

Al momento del Big Bang, materia e antimateria si sono prodotte in uguali quantità. Ma noi oggi viviamo in un mondo fatto di materia e dell'antimateria primordiale non è mai stata trovata traccia. La materia ha quindi prevalso sull'antimateria e l'origine di questa asimmetria non è nota. Essendo composto da un singolo protone e un singolo elettrone, l'idrogeno è il più semplice atomo esistente e uno dei sistemi investigati con maggior precisione e meglio compreso nella fisica moderna.

Così confrontare atomi di idrogeno e anti-idrogeno costituisce uno dei modi migliori per eseguire test di alta precisione sulla simmetria tra materia e antimateria. La primordiale antimateria finora mai osservata nell'universo, e la sua assenza rimane un grande enigma scientifico. Gli spettri di idrogeno e anti-idrogeno sono previsti essere identici: ogni piccola differenza tra loro potrebbe aiutare a risolvere il mistero dell'asimmetria e aprire una finestra sulla "nuova fisica".

È un altro successo del Cern di Ginevra: dopo la scoperta della cosiddetta particella di Dio, che ha consentito al teorico fisico Higgs di ottenere il Nobel. Il prossimo passo dell'esperimento ASACUSA sarà quello di produrre e analizzare fasci di antiparticelle sempre più ricchi e stabili. Il futuro sa di fantascienza perché l'antimateria potrebbe diventare una straordinaria fonte di energia, per esempio per realizzare motori di astronavi interplanetarie a propulsione a curvatura come quelli immaginati nella serie Star Trek.

Fonte: INFN
Via: ANSA
Foto credit 1: Yasunori Yamakazi/ CERN
Foto credit 2: Stefan Meyer Institut

Antimateria intrappolata al Cern per un tempo record di 16 minuti

Per la prima volta l'antimateria nella versione di circa 300 atomi di anti-idrogeno, e' stata creata in laboratorio e intrappolata per un tempo record, 16 minuti, sufficiente a consentire di osservarne in dettaglio il comportamento. Il risultato, descritto sulla rivista Nature Physics, e' avvenuta all'acceleratore di particelle Lhcn del Cern di Ginevra. 

L’esperimento Alpha del Cern di Ginevra ha creato e intrappolato circa 300 atomi di anti-idrogeno per il tempo record di 1.000 secondi (oltre 16 minuti): 5.000 volte piu’ lungo rispetto al tempo ottenuto dallo stesso esperimento nel novembre scorso, quando ha permesso per la prima volta di intrappolare l’antimateria per 172 millisecondi. 

Il risultato, pubblicato nell’edizione online della rivista Nature Physics, permette finalmente di osservare in modo diretto il comportamento dell’antimateria e di verificare se, come prevedono le attuali teorie della fisica, si comporta in modo simmetrico ma opposto rispetto alla materia. Diventa cioe’ possibile sapere se e’ materia e antimateria obbediscono alle stesse leggi della fisica.

"Siamo in grado di mantenere gli atomi di antidrogeno intrappolati per 1000 secondi", ha spiegato il portavoce Alpha Jeffrey Hangst di Aarhus University. "Questo tempo è abbastanza a lungo per iniziare a studiarli - anche con il piccolo numero che abbiamo potuto cogliere finora". Un'altra importante conseguenza della cattura degli atomi di antidrogeno per lunghi periodi è che gli antiatomi hanno il tempo di "rilassarsi" nel loro stato fondamentale, che consentirà ad Alpha di condurre le misurazioni di precisione necessarie per indagare su una simmetria nota come CPT. 

Le simmetrie in fisica permettono l'osservazione di processi sotto certe trasformazioni. Le teorie attuali suggeriscono che materia e antimateria siano state prodotte nella stessa quantità al momento del Big Bang e che si siano annientate a vicenda. Tuttavia una parte di materia è sopravvissuta all’impatto ed è oggi alla base dell’universo che conosciamo. L’anti-idrogeno intrappolato al Cern adesso potra’ aiutare a capire come mai la materia alla fine abbia avuto il sopravvento e che fine possa aver fatto l’antimateria.

Partito lo Shuttle Endeavour a caccia di antimateria, a bordo Vittori

Finalmente, dopo mesi di rinvii, lo Shuttle Endeavour ce l’ha fatta, decollando con successo ieri alle 8.56 della Florida (14.56 ora italiana) dal Pad 39/A del Kennedy Space Center di Cape Canaveral, per una missione di 16 giorni. Il danno rilevato ad una delle piastrelle ceramiche del rivestimento termico, vicina al portellone dell'equipaggio, scoperto pochi minuti prima della partenza, è stato riparato in tempo per garantire il lift-off (decollo) dello Shuttle, dopo l’ultimo rinvio di oltre una settimana (il lancio era originariamente previsto per il 19 aprile) per un problema al sistema di distribuzione di energia che coinvolge il riscaldamento per l’alimentazione del carburante. 

I sei uomini della missione STS 134 (STS è acronimo di Space Transport System, 134esima missione, penultima della generazione Shuttle partita nell’aprile del 1981 con la navetta Columbia STS-1) sono in volo verso la Stazione Spaziale Internazionale (ISS), dove arriveranno mercoledi'. Al comando dell'Endeavour c'e' Mark Kelly. Sua moglie, la deputata Gabrielle Giffords ferita in gennaio in una sparatoria, e' venuta a salutarlo e poi e' immediatamente tornata a Houston per proseguire la terapia di riabilitazione.

Accanto a Kelly, al piano superiore dello shuttle, siede il pilota Gregory Johnson. Dietro di loro, nel ruolo di supporto in fase di lancio e atterraggio, c'e' Roberto Vittori, astronauta dell'Agenzia Spaziale Europea (ESA) e colonnello dell'Aeronautica Militare Italiana. Questo progetto comprende, tra le altre cose, la messa in opera dello strumento AMS-02 (Alpha Magnetic Spectrometer), che ha lo scopo di studiare la vera natura della cosiddetta materia oscura, nell'ambito del "Progetto DAMA" (da qui l'acronimo DArk MAtter). L'AMS è stato realizzato con il fondamentale contributo del mondo della ricerca italiano: l'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) e l'Agenzia Spaziale Italiana (ASI). 

 Grazie al braccio robotico dello Shuttle manovrato da Roberto Vittori (nominato membro "AR-1") sarà trasferito dalla stiva della navetta l’Express Logistics Carrier (ELC-3), un ingente pacco ricambi per il miglioramento delle dotazioni della ISS, che comprende un nuovo paio di antenne, due serbatoi per ossigeno, ammoniaca refrigerante ed alcuni ricambi per il robot Dextre. Tutti i componenti saranno assemblati in quattro spacewalk ovvero le uscite all’esterno della stazione (simulate qui), le ultime quattro dell’era Space Shuttle.