Materia contro antimateria: nuovo esperimento del CERN sfida la fisica convenzionale
La collaborazione BASE presso il CERN ha realizzato un significativo progresso nella tecnica di raffreddamento degli antiprotoni , riducendo drasticamente i tempi necessari per preparare queste particelle a misurazioni di alta precisione. Questa innovazione potrebbe essere cruciale per esplorare le asimmetrie tra materia e antimateria , mettendo in discussione il modello standard della fisica delle particelle.
Il team di BASE ha sviluppato una trappola che consente di raffreddare gli antiprotoni in soli otto minuti rispetto alle 15 ore richieste dalle metodologie precedenti. Questo avanzamento è stato possibile grazie all’introduzione della “ trappola doppia da raffreddamento diavoletto di Maxwell ”, che seleziona e prepara solo gli antiprotoni più freddi per le misurazioni, scartando quelli a temperatura più elevata.
Questa nuova tecnologia non solo accelera il processo ma aumenta anche la precisione con cui possono essere misurati i momenti magnetici degli antiprotoni , essenziali per comprendere se esistono differenze minime ma fondamentali tra protoni e antiprotoni. La capacità di effettuare misure così precise è vitale perché potrebbe fornire indizi sul motivo per cui l’universo è composto prevalentemente da materia piuttosto che da antimateria.
Dopo il Big Bang , l’universo era un caldo crogiolo di radiazioni ad alta energia che generava continuamente coppie di particelle di materia e antimateria, le quali si annichilivano vicendevolmente trasformandosi nuovamente in energia pura. Teoricamente, questo avrebbe dovuto lasciare l’universo senza una predominanza netta né di materia né di antimateria. Tuttavia, osserviamo un universo dove la materia prevale nettamente sull’antimateria.
Il gruppo internazionale BASE coinvolge istituzioni accademiche e centri ricerca come l’Università Heinrich Heine a Düsseldorf, l’Istituto Federale Svizzero di Tecnologia a Zurigo e diverse altre entità distribuite globalmente. Il professor Stefan Ulmer dell’Università Heinrich Heine guida questa collaborazione con lo scopo specifico d’indagare possibili discrepanze nelle proprietà fisiche fondamentali delle particelle e delle loro controparti in antimateria.
L’avanzata capacità della trappola BASE nel distinguere con estrema precisione i momenti magnetici apre nuove strade alla ricerca fisica: già ora si sono identificate differenze nei momenti magnetici dei protoni rispetto agli antiprotoni nell’ordine massimo del miliardesimo (10^-9). Ulteriormente migliorando questa precisione nelle future campagne sperimentali si spera d’affinare ulteriormente questi risultati fino al decimiliardesimo (10^-10).
Inoltre, vi sono piani ambiziosi per costruire una trappola mobile capace trasportare gli antiprotoni dal CERN fino al nuovo laboratorio presso HHU a Düsseldorf; ciò permetterebbe miglioramenti ancora maggior nella precisione delle misure grazie alle condizioni controllate del nuovo impianto.
Le trappole utilizzate nel progetto sono essenziali nello studio delle particelle elementari cariche: le trappole Pau l utilizzano campii elettrici alternati mentre le Penning traps impiegano un campo magnetico omogeneo insieme ad un campo quadrupolare electrostatico. Entrambi gli approcci sono stati con il Nobel nel 1989 ai loro inventori Wolfgang Paul ed Hans G. Dehmelt.