Doorbraak in de studie van antimaterie

Wetenschappers van het onderzoekscentrum CERN zijn erin geslaagd atomen van antimaterie te vangen. Ze hopen zo een van de grootste raadsels uit de fysica op te lossen, namelijk wat er gebeurd is met al de antimaterie die verdwenen is sinds de oerknal.

Antimaterie is materie die is opgebouwd uit antideeltjes, deeltjes die een aantal fysische eigenschappen gemeen hebben met hun tegenhangers bij de deeltjes, maar, onder meer, een tegengestelde elektrische lading. Volgens de theorie werd er bij de oerknal, het ontstaan van het  heelal zo'n 13,5 miljard jaar geleden, evenveel materie als antimaterie gevormd. Toch zien we dat materie de bouwsteen van alles dat bestaat is geworden en dat antimaterie bijna volledig verdwenen is, behalve in laboratoria en bij botsingen van deeltjes met een hoge energie in het heelal. Als antimaterie en materie met elkaar in contact komen, vernietigen ze elkaar in de meeste gevallen, een proces waarbij alleen energie overblijft (grote foto: niet-gevangen antiatomen die zich vernietigen tegen de binnenkant van de "val"). Dat maakt het uiteraard erg moeilijk om antimaterie te bestuderen.

Een internationaal team van natuurkundigen van het nucleair studiecentrum CERN in Zwitserland is er nu in geslaagd 38 antiwaterstofatomen te creëren en ze gedurende een tiende van een seconde "vast te houden". Dat toont aan dat antimaterie wel degelijk bestudeerd kan worden in het laboratorium, zo schrijven ze in het vakblad Nature. Sinds de publicatie van het experiment hebben de geleerden antiwaterstofatomen zelfs nog langer  kunnen vasthouden.

Twee teams

Geleerden kunnen al langer individuele deeltjes van antimaterie maken zoals antiprotonen, antineutronen en positronen, het antideeltje van een elektron. Sinds 2002 kunnen ze die deeltjes ook samenvoegen tot antiatomen maar tot onlangs was het niet mogelijk de antideeltjes lang genoeg te laten bestaan om ze te kunnen bestuderen.

"Het helpt niet als ze verdwijnen onmiddellijk na hun creatie", zei een van de natuurkundigen. "Het grote doel is dus om ze vast te houden."

Twee teams waren bezig met het najagen van dat doel bij het CERN, dat vooral bekend is voor de LHC, de deeltjesversneller Large Hadron Collider. Die is overigens niet gebruikt bij dit experiment. Het ALPHA-team heeft nu als eerste resultaat behaald maar het rivaliserende ATRAP-team heeft de doorbraak toegejuicht. "De atomen die gevangen werden, werden niet erg lang gevangen en niet in erg bruikbare aantallen maar men moet nu eenmaal kruipen voor men kan sprinten", aldus de leider van het ATRAP-team.

"Knikker in een kopje"

Het succesvol vangen van de antiatomen is voorafgegaan door de ontwikkeling van nieuwe technieken. Om de antiatomen te kunnen vangen in een elektromagnetisch veld, moesten de natuurkundigen antiwaterstof creëren bij een temperatuur van minder dan een halve graad boven het absolute nulpunt (-273,15 graden Celsius).

"Bekijk het als een knikker die over en weer rolt in een kom", zei de leider van het team. "Als de knikker te snel rolt (als het antiatoom te heet is en dus sneller beweegt), gaat hij gewoon over de rand".

De geleerden willen nu een aantal basisexperimenten uitvoeren met de antiatomen, zoals ze beschijnen met een laserstraal en kijken hoe ze reageren. "We hebben nu de kans om een precieze vergelijking te maken tussen het materiesysteem en het antimateriesysteem", zo zei de woordvoerder van het team. "Dat is ongeëvenaard en nog nooit eerder gedaan".