Studiul antimateriei ne ajuta sa intelegem ce s-a intamplat imediat dupa Big Bang si, poate, sa rezolvam misterul disparitiei antimateriei din Univers. Antiprotonii, antimateria protonilor, sunt generati la CERN (Geneva) si studiati in diverse experimente.

Recent a fost propusa ideea realizarii unei capcane de antiprotoni transportabila – care sa permita cercetatorilor sa studieze antiprotonii si in laboratoare mai indepartate de locul unde sunt produsi, astfel incat sa obtina rezultate mult mai precise.

Daca la inceputul Universului, imediat dupa Big Bang, materia si antimateria erau in cantitati egale, unde a disparut antimateria? Aceasta este una dintre intrebarile cele mai interesante in fizica la ora actuala, la care se incearca sa se dea un raspuns studiind legile fizicii valabile in lumea materiei si cele valabile in lumea antimateriei.

De-a lungul anilor s-a demonstrat ca – cel putin pentru anumite particule – exista mici diferente intre ceea ce se intimpla cu particulele si cu antiparticulele. Totusi, aceasta asimetrie nu e suficienta pentru a explica disparitia totala a antimateriei – sau, mai bine zis, cum de a ramas asa o mare cantitate de materie si aceasta nu s-a anihilat cu antimateria in primele clipe de viata ale Universului nostru.

Din acest motiv mai multe experimente incearca sa descopere noi asimetrii pentru particule pentru care inca nu au fost descoperite diferente fata de comportamentul antiparticulelor.

Printre aceste particule se numara si protonul – antiparticula acestuia, antiprotonul, avand aceeasi masa, insa sarcina electrica negativa.

Antiprotonul este studiat ori de unul singur, ori sub forma anti-hidrogenului, adica intr-un atom de antimaterie care pe langa antiproton contine si un anti-electron (pozitron).

Printre laboratoarele unde se efectueaza acest tip de studii se numara la loc de cinste CERNul din Geneva, unde la CERN AD (Antimattere Decelerator) sunt produsi antiprotoni care sunt utilizati de mai multe experimente. Printre aceste experimente se numara si BASE (Baryon Antibaryon Symmetry Experiment) care, cu ajutorul unor capcane (Penning trap) ce folosesc campuri electrice si magnetice, reuseste sa acumuleze multi antiprotoni pentru a le studia proprietatile.

BASE studiaza proprietati, precum momentul magnetic al antiprotonilor, pentru a le compara cu cele ale protonilor si vedea daca exista diferente. Pentru a calcula aceast moment magnetic, BASE masoara doua frecvente: frecventa de ciclotron, care descrie oscilatia particulelor cu sarcina electrica intr-un camp magnetic, si frecvenza Larmor, care descrie miscarea de precesie in campul magnetic al capcanei, legata de spinul (o proprietate cuantica asemanatoare cu rotatia in jurul propriei axe) particulei.

Colaborarea BASE a realizat deja masuratori precise ale acestor frecvente, insa exista o limita in precizia masuratorilor, legata de perturbari externe ale campului magnetic. Acest lucru este datorat faptului ca lucrand in interiorul acceleratorului CERN AD, acolo sunt prezente multe cabluri, multe elemente magnetice – care nu pot fi izolate bine.

Din acest motiv cercetatorii au propus construirea unei capcane cu care sa poata transporta antiprotonii intr-un laborator mai linistit din punct de vedere magnetic. Practic, ideea este de a injecta si conserva antiprotonii intr-o capcana mentinuta la temperatura heliului lichid intr-un camp magnetic, care sa reziste cateva ore fara pierderi de antiprotoni, Reamintim ca antiprotonii cand ajung in contact cu materia – deci cu peretii capcanei – se pierd, intrucat se anihileaza cu protonii din materialele capcanei.

Experimentul ar putea fi in acest caz realizat intr-un laborator cu perturbari mult mai mici asupra campului magnetic, deci cu o precizie mult mai buna.

Capcana, BASE-STEP ar avea dimensiuni de 1.9 metri lungime, 0.8 metri latime si o inaltime de circa 1.6 metri, cantarind aproape 1000 kg. Este un sistem compact, care poate fi urcat intr-un camion si transportat intr-un laborator unde se pot realiza masuratori de mare precizie.

Aceste masuratori ar putea evidentia (sau nu) diferente de comportament intre materie si antimateria, contribuind la descifrarea unuia dintre cele mai mari mistere ale Universului: disparitia fara urma a antimateriei!

Articol scris de Cătălina Oana Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare şi al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Roma, Italia) şi colaborator al Scientia.ro.