Geheimen van antimaterie worden stilaan ontrafeld

In Nature meldde het ALPHA-team dat de Lyman-alfa-elektronische overgang in het antiwaterstofatoom, de antimaterie-tegenhanger van waterstof, voor het eerst is waargenomen.

Trefwoorden: #Alpha-team, #antimaterie, #CERN, #laserkoeling

Lees verder

research

( Foto: CERN )

ENGINEERINGNET.BE - De Lyman-alpha (of 1S-2P) transitie is een van de vele elektrische overgangen die de fysicus Theodore Lyman iets meer dan een eeuw geleden in het waterstofatoom ontdekte.

De overgang gebeurt wanneer een elektron van het laagste energieniveau (1S) naar een hoger niveau (2P) springt en dan terugvalt naar het 1S-niveau door een foton uit te zenden met een golflengte van precies 121,6 nanometer.

Het is een bijzondere overgang waarmee astronomen de toestand van het medium bepalen tussen melkwegstelsels en testmodellen van de kosmos. Antimaterie-onderzoek is dan weer geïnteresseerd in precisiemetingen van de reactie van antiwaterstof op licht en zwaartekracht.

Het vinden van het geringste verschil tussen het gedrag van antimaterie en materie zou weleens het standaardmodel van de deeltjesfysica aan het wankelen kunnen brengen of het juist versterken. Misschien werpt het een licht op de vraag waarom het universum nu bijna geheel uit materie bestaat, terwijl er bij de oerknal evenveel antimaterie moet zijn geweest.

Het ALPHA-team maakt antiwaterstofatomen door antiprotonen uit CERNs antiproton decelerator (AD) te binden met positronen uit een natrium-22-bron. Het vangt de resulterende antiwaterstofatomen in een magneetval, die voorkomt dat ze met materie in contact komen en verdwijnen.

Met laserlicht wordt vervolgens de spectrale respons van de antiwaterstofatomen gemeten. Daarvoor worden laserfrequenties binnen een bepaald bereik gebruikt. Men telt tot slot het aantal atomen dat uit de val ontsnapt als gevolg van de interacties tussen de laser en de ingesloten atomen.

Eerder al bezigde de ALPHA-collaboratie deze techniek om de zogenaamde 1S-2S-overgang te meten. Met behulp van dezelfde benadering en een reeks lasergolflengten in de buurt van 121,6 nanometer, ontdekte ze nu de Lyman-alfa-overgang in antiwaterstof.

Het mat de frequentie ervan met een nauwkeurigheid van enkele delen op honderd miljoen. Die kwam goed overeen met de overeenstemmende overgang in waterstof.

Men was minder precies dan bij waterstofmetingen maar het betekent wel een stevige technologiestap voorwaarts om de Lyman-alfa-transitie te gebruiken om grote monsters van antiwaterstof te koelen via laserkoeling.

Daarmee zouden onderzoekers de nauwkeurigheid van deze en andere metingen van antiwaterstof verder kunnen optrekken om uiteindelijk élk verschil in gedrag tussen antiwaterstof en waterstof te registreren.

Het ALPHA-experiment slaagde er deze keer in antiwaterstofatomen urenlang vast te houden en met een gepulseerde bron van Lyman-alfa laserlicht de overgang te registreren.

“Nu is laserkoeling aan de beurt, een game changer voor precisie-spectroscopie en zwaartekrachtmetingen”, aldus Jeffrey Hangst, woordvoerder van het ALPHA-experiment.