Misurata la carica dell’anti-idrogeno con una precisione da record

A ottant’anni dalla scoperta del positrone, che fruttò il premio Nobel a Carl David Anderson, e dopo sessant’anni dalla scoperta dell’antiprotone, per la quale fu Emilio Gino Segrè a ricevere il Nobel, stavolta sono gli scienziati della collaborazione internazionale Alpha a segnare un’altra tappa storica nella ricerca sull’antimateria. Ahmadi e colleghi hanno infatti misurato la carica dell’anti-idrogeno, essenzialmente pari a zero, con una precisione venti volte più accurata rispetto alla stima precedente. «La nostra misurazione» scrivono gli autori della ricerca pubblicata su Nature il 21 gennaio, «costituisce un test sugli aspetti fondamentali del Modello Standard delle particelle».

Il Modello Standard è la teoria fisica che descrive le particelle elementari. Prevede che la materia e l’antimateria siano presenti in uguale quantità sin dal Big Bang, ma lascia aperte almeno un paio di questioni fondamentali. Prima di tutto, perché l’antimateria non è osservabile? E perché l’Universo esiste ancora, considerando che la materia e l’antimateria si annichiliscono a vicenda? Per rispondere a simili interrogativi è necessario trovare alcune differenze tra materia e antimateria non previste dal Modello Standard. Ad esempio le cariche elettriche delle particelle e delle antiparticelle, che dovrebbero avere segno opposto e valore uguale, potrebbero invece non presentare lo stesso valore. L’anti-idrogeno rappresenta il campione perfetto da esaminare, essendo composto, come l’idrogeno, da una carica positiva e una negativa.

L’esperimento della collaborazione internazionale Alpha è stato condotto nelle avanzatissime strutture del Cern. I ricercatori hanno creato in laboratorio un antiprotone e un positrone, rispettivamente con il decadimento radioattivo di un nucleo atomico e l’utilizzo di un acceleratore. Poi hanno isolato le due antiparticelle nel vuoto per evitare che annichilissero a contatto con la materia. Quindi hanno formato l’anti-idrogeno unendo l’antiprotone e il positrone utilizzando dei campi elettromagnetici. A quel punto hanno misurato la carica netta dell’anti-idrogeno, che è risultata approssimativamente neutra. Essendo neutro anche l’idrogeno, composto da un protone e un elettrone, si è dimostrato sperimentalmente che il protone e l’antiprotone, l’elettrone e l’antielettrone (o positrone), hanno segno opposto e valore uguale.

«Volendo essere onesti – ha scritto su Nature Thomas J. Phillips dell’Illinois Institute of Technology, esperto di antimateria e portavoce dell’Antimatter Gravity Experiment – nessuno sperava di trovare nell’anti-idrogeno una carica diversa da zero. Se ciò fosse accaduto ci sarebbero state enormi complicazioni teoriche». In altre parole gli scienziati si sarebbero allontanati dall’obiettivo: quello di spiegare perché l’antimateria non è osservabile. Grazie all’esperimento appena effettuato, i ricercatori dell’ALPHA hanno capito che devono focalizzare l’attenzione su diverse qualità dell’anti-idrogeno, come la carica gravitazionale e l’emissione luminosa, sperando di trovare finalmente dei valori che completino il puzzle.