In de Fabriek van Antimaterie bij CERN is een nieuwe koeltechniek ontwikkeld die de productie van antihydrogenatomen maar liefst acht keer sneller maakt. Wetenschappers van het ALPHA-experiment hebben aangekondigd dat ze nu in staat zijn om meer dan 15.000 antihydrogenatomen te genereren in minder dan zeven uur. “Tien jaar geleden zou dit als sciencefiction zijn beschouwd,” zegt Jeffrey Hangst, woordvoerder van ALPHA. Dankzij de verbeterde toegang tot een groter aantal antihydrogenatomen kunnen we antimaterie nu sneller en gedetailleerder bestuderen.
Antihydrogen is de eenvoudigste vorm van atomische antimaterie en het enige “pure” antimateriesysteem dat de mensheid ooit heeft onderzocht. Het wordt uitsluitend in laboratoria geproduceerd en biedt een unieke mogelijkheid voor wetenschappers om de verschillen tussen materie en antimaterie te bestuderen.
Om antihydrogen te creëren, moeten de wetenschappers van het ALPHA-experiment antihydronen en positronen afzonderlijk vangen, deze vervolgens koelen en combineren om een atoom te vormen waarbij het positron rond de antihydrotron draait. Dit is een complex proces dat door de jaren heen is verfijnd. Dankzij de nieuwe koeltechniek voor positronen is de snelheid van de productie van antihydrogenatomen nu met maar liefst acht keer verhoogd.
Positronen worden verkregen uit radioactief natrium-22 en worden daarna gevangen in een Penning-val. Hier cirkelen ze in de val en verliezen ze energie, waardoor ze afkoelen. De nieuwe techniek omvat het toevoegen van laser-gekoelde berylliumionen aan de val, waardoor een extra energieverlies optreedt door ‘sympathiek koelen’ — een proces waarbij eerder gekoelde atomen betrokken zijn. Op deze manier worden positronen tot een temperatuur van ongeveer -266 °C gekoeld, wat de kans vergroot dat ze atomen van antihydrogen vormen bij het mengen met antihydronen. Dit maakt het mogelijk om meer dan 15.000 antihydrogenatomen te produceren in minder dan zeven uur.
Hoewel dit op het eerste gezicht misschien weinig lijkt, is het een aanzienlijke verbetering. Zeven jaar geleden werd een doorbraak bereikt bij het nauwkeurig meten van bepaalde eigenschappen van antihydrogen, wat gebeurde met behulp van 16.000 atomen die 10 weken nodig hadden voor productie. “De nieuwe techniek betekent een verandering in de spelregels voor het verminderen van meetonzekerheden. Nu kunnen we de benodigde hoeveelheid atomen in één nacht produceren en kunnen we de experimenten de volgende ochtend uitvoeren,” aldus Niels Madsen van ALPHA.
Wetenschappers produceren nu al enige tijd antihydrogenatomen met de nieuwe techniek en voeren steeds intensievere onderzoeken uit. Dit jaar worden de atomen gebruikt in het ALPHA-g-experiment, waarin de invloed van de zwaartekracht op antimaterie wordt gemeten.
