Per la prima volta al mondo, un team di fisici dell’esperimento BASE del CERN è riuscito a trasportare una trappola contenente antiprotoni attraverso il sito principale del laboratorio a bordo di un camion. I ricercatori sono riusciti ad accumulare una nube di 92 antiprotoni in un’innovativa trappola criogenica di Penning portatile, per poi scollegarla dall’installazione sperimentale, caricarla su un veicolo e riprendere le operazioni dopo il trasporto. Si tratta di un’impresa notevole, perché l’antimateria è estremamente difficile da conservare: il minimo contatto con la materia ordinaria la annienta.
Questa prima mondiale è una fase di prova. L’obiettivo finale è quello di poter trasportare gli antiprotoni in altri laboratori europei, come l’Università Heinrich Heine di Düsseldorf, per effettuare misure di altissima precisione delle proprietà fondamentali di queste particelle.
Un mistero fondamentale della fisica
L’antimateria è una classe di particelle naturalmente presenti nell’Universo, quasi identiche alla materia ordinaria, ma con carica elettrica e momento magnetico invertiti. Secondo le leggi della fisica, il Big Bang avrebbe dovuto produrre quantità uguali di materia e antimateria. Queste particelle opposte avrebbero dovuto annichilirsi completamente, lasciando un Universo vuoto.
Tuttavia, l’Universo che osserviamo oggi è composto quasi esclusivamente da materia. Questa asimmetria è uno dei più grandi misteri della fisica moderna. I ricercatori sospettano l’esistenza di differenze molto sottili tra materia e antimateria, che potrebbero spiegare perché la materia è sopravvissuta mentre l’antimateria è quasi scomparsa.
Misurare le proprietà degli antiprotoni con estrema precisione
Per comprendere meglio questo enigma, la collaborazione BASE sta cercando di misurare con estrema precisione le proprietà degli antiprotoni, in particolare il loro momento magnetico intrinseco, per poi confrontare questi risultati con quelli ottenuti per i protoni. Ma queste misure si scontrano con una difficoltà sperimentale.
"Le macchine e le apparecchiature della ’fabbrica di antimateria’ del CERN, dove si trova BASE, generano fluttuazioni del campo magnetico che limitano le proprietà degli antiprotoni.le macchine e le apparecchiature della ’fabbrica dell’antimateria’ del CERN, dove si trova BASE, generano fluttuazioni del campo magnetico che limitano la precisione che possiamo raggiungere", spiega Stefan Ulmer, portavoce dell’esperimento. Tuttavia, queste fluttuazioni sono minime, dell’ordine di un miliardesimo di tesla, ovvero circa ventimila volte più deboli del campo magnetico terrestre, e non sono rilevabili all’esterno dell’edificio. "Tuttavia, la precisione delle nostre misurazioni è tale che per andare oltre sarà necessario spostare l’esperimento fuori dall’edificio", aggiunge.
La "fabbrica di antimateria" del CERN
Il CERN è l’unico luogo al mondo in cui è possibile produrre, immagazzinare e studiare gli antiprotoni. Due deceleratori successivi, l’Antiproton Decelerator (AD) e l’Extra Low Energy Antiproton ring (ELENA), forniscono a diversi esperimenti antiprotoni a bassa energia, più facili da catturare e analizzare.
L’esperimento BASE detiene da tempo il record di stoccaggio di antiprotoni, con durate superiori a un anno. Per fare un ulteriore passo avanti, i fisici hanno sviluppato un approccio innovativo: trasportare gli antiprotoni in un ambiente sperimentale più tranquillo, in modo da poterli misurare con maggiore precisione e condividerli con altri laboratori. Il dispositivo BASE-STEP, una trappola progettata per immagazzinare e trasportare l’antimateria, è stato progettato con questo obiettivo.
Una trappola portatile per trasportare l’antimateria
"Il nostro obiettivo con BASE-STEP è di essere in grado di catturare antiprotoni e consegnarli a laboratori di precisione dedicati al CERN, a Düsseldorf, all’Università Leibniz di Hannover e possibilmente altrove", spiega Christian Smorra, responsabile del progetto BASE-STEP. "Abbiamo convalidato il concetto con i protoni l’anno scorso, ma il successo di oggi con gli antiprotoni rappresenta un importante passo avanti". "
Il dispositivo è abbastanza compatto da poter essere trasportato in un camion e passare attraverso le porte standard dei laboratori, resistendo alle vibrazioni del trasporto. L’attuale dispositivo, che consiste in un magnete superconduttore, un sistema criogenico a elio liquido, riserve di energia e una camera a vuoto, è progettato per l’uso con gli antiprotoni.il dispositivo attuale, che consiste in un magnete superconduttore, un sistema criogenico a elio liquido, riserve di energia e una camera a vuoto in cui le antiparticelle sono confinate da campi elettrici e magnetici, pesa circa una tonnellata. Nonostante ciò, rimane molto più compatto delle strutture convenzionali utilizzate per lo studio dell’antimateria.
Una sfida tecnologica per il trasporto
"Ci vorrebbero almeno otto ore per raggiungere il nostro primo laboratorio di destinazione a Düsseldorf", spiega Christian Smorra. "Durante questo tempo, il magnete superconduttore dovrebbe rimanere al di sotto degli 8,2 Kelvin. Quindi, oltre all’elio liquido, avremmo bisogno di un generatore per alimentare un sistema di raffreddamento a bordo. Stiamo attualmente esaminando questa possibilità. "
La sfida più delicata, tuttavia, rimane l’arrivo a destinazione: gli antiprotoni dovranno essere trasferiti all’esperimento senza essere annichiliti.
Un passo importante verso nuovi esperimenti
"Il trasporto di antimateria è un progetto pionieristico e ambizioso. Mi congratulo con la collaborazione BASE per questa impressionante pietra miliare", ha dichiarato Gautier Hamel de Monchenault, Direttore della Ricerca e dell’Informatica del CERN. "Siamo all’inizio di un entusiasmante viaggio scientifico che ci permetterà di approfondire ulteriormente la nostra comprensione dell’antimateria". "
