We leven in een universum gemaakt van materie. Natuurkundigen willen weten waarom materie zijn antimaterie-tweeling heeft vervangen, en deze week kwam de ALPHA-samenwerking bij CERN een stap dichter bij het ontrafelen van het mysterie.
ALPHA, een internationaal samenwerkingsexperiment opgericht in 2005, is ontworpen om antiwaterstofdeeltjes op te vangen en te meten met een speciaal ontworpen experiment. Het gaat verder waar zijn voorganger op zoek naar antimaterie, ATHENA, was gebleven. De focus ligt op antiwaterstof omdat waterstof het meest voorkomende element in het universum is en de structuur ervan zeer bekend is bij wetenschappers.
Elk waterstofatoom heeft één elektron in een baan rond de kern. Het vuren van licht op de atomen wekt het elektron op, waardoor het in een baan verder van de kern springt voordat het ontspant en terugkeert naar zijn rustbaan die licht uitzendt. De frequentieverdeling van dit uitgezonden licht is bekend; het is nauwkeurig gemeten en, in ons universum gemaakt van materie, uniek voor waterstof.
Volgens de basisfysica moet de antimaterie-tweeling van waterstof, anti-waterstof, even herkenbaar zijn door een identiek spectrum te hebben. Dat wil zeggen, als alles wat we weten over deeltjesfysica klopt. Het vastleggen en meten van het spectrum van antiwaterstof is het belangrijkste doel van de ALPHA-groep.
ALPHA heeft de eerste bescheiden metingen van antiwaterstof gedaan. In het ALPHA-apparaat wordt antiwaterstof gevangen door een opstelling van magneten die het magnetische veld van de atomen beïnvloeden. Microgolven die zijn afgestemd op een specifieke frequentie gericht op deze anti-waterstofatomen, verdraait hun magnetische oriëntatie, waardoor ze vrijkomen. Het vrijgekomen anti-waterstof ontmoet waterstof wanneer het ontsnapt en de twee vernietigen elkaar, waardoor een bekend patroon achterblijft in deeltjesdetectoren die het apparaat omringen.
Het apparaat legde bewijs vast van de elektronenspringende banen in een antiwaterstofatoom nadat microgolfstraling zijn interne toestand veranderde. Het resultaat bewijst verder de validiteit van de aanpak van ALPHA, wat aantoont dat het apparaat voldoende controle en gevoeligheid heeft om het experiment waarvoor het is ontworpen met succes uit te voeren. In de toekomst zal ALPHA zich concentreren op het verbeteren van de precisie van zijn microgolfmetingen om het anti-waterstofspectrum met behulp van lasers bloot te leggen.
De opwindende resultaten waren moeilijk te verkrijgen omdat antiwaterstof niet voorkomt in de natuur. Het is gemaakt in het ALPHA-apparaat van antiprotons die zelf zijn gemaakt in de Antiproton Decelerator en positrons van een radioactieve bron. En het moet een laag energieniveau hebben om gevangen te blijven voor metingen. Maar het werkt, en het kan natuurkundigen misschien wel de sleutel geven die ze nodig hebben om het mysterie van het vroege universum te begrijpen.
Bron: CERN
