• Imprimeix

Butlletí RECERCAT
El color de l’antihidrogen

L’experiment ALPHA de l’Organització Europea de Recerca Nuclear (CERN) ha mesurat amb la màxima precisió una transició induïda per llum en un àtom d’antihidrogen. Aquesta ha estat la mesura directa més precisa de l’antimatèria que s’ha fet fins al moment. L’estudi és la culminació de 30 anys de recerca del CERN sobre la naturalesa de l’antimatèria.

31/05/2018 10:05
R138_CIENCIA_antihidrogen

Hidrogen i antihidrogen

Els electrons dels àtoms poden saltar d’un orbital a un orbital d’energia superior en ser pertorbats per un fotó incident, i com a conseqüència emeten llum a longituds d’ona específiques (color) en tornar a l’estat inicial. Aquestes interaccions es reflecteixen en forma de les anomenades línies espectrals. Fins ara, ja es coneixien les línies espectrals de l’hidrogen, que és l’element més comú de l’univers, amb una precisió d’unes poques unitats per biliard (1015).

Mesures similars per a l’antihidrogen no han estat tan fàcils d’obtenir a causa de diversos factors, principalment l’aniquilació de l’antimatèria cada vegada que entra en contacte amb la matèria normal. No obstant això, els investigadors del CERN han insistit i han pogut obtenir, per a l’antihidrogen,  la freqüència de la transició entre l’estat d’energia més baixa i el primer estat excitat a una precisió d’unes poques parts per bilió (1012). Els resultats són 100 vegades millors que l’estimació anterior d’ALPHA, ja que mesurar el color de l’antihidrogen amb una precisió d’una part en un bilió és un gran pas cap a la comprensió del nostre univers.

L’obtenció i l’estudi de l’antihidrogen no és fàcil. Els investigadors d’ALPHA necessiten utilitzar antiprotons del desaccelerador d’antiprotons del CERN i unir-los amb positrons (els antielectrons) emesos per una font de sodi-22. Després, es col·loquen en una trampa magnètica que els impedeix entrar en contacte amb la matèria i que s’aniquilin. Els investigadors aleshores fan passar un làser sobre aquests àtoms, de manera que el positró pot saltar a un orbital més alt.

Amb l’estudi de l’antimatèria els físics esperaven respondre una pregunta fonamental sobre l’univers: per què tot el que veiem està fet de matèria? Segons el model estàndard de física de partícules, que descriu totes les partícules i les seves interaccions, la matèria i l’antimatèria s’han de comportar exactament de la mateixa manera. Clarament, alguna cosa va afavorir la matèria sobre l’antimatèria, i els investigadors esperen trobar una discrepància semblant en algunes de les propietats de l’antihidrogen, tot i que en aquest experiment no l’han trobada. La mesura de l’antihidrogen és coherent amb la mesura de l’hidrogen.

 

M. Ahmadi et al., Characterization of the 1S–2S transition in antihydrogen,
Nature (2018). DOI:10.1038/s41586-018-0017-2