Eerste atomen van antimaterie in Genève gemaakt

Deze maand meldden onderzoekers van het CERN, het Europese deeltjesversnellerinstituut te Genève, de vondst van het eerste anti-atoom. Onder leiding van de Duitse fysicus Walter Oerlert zijn vorig jaar september en oktober in de Low Energy Antiproton Ring (LEAR) anti-protonen en anti-elektronen (positronen) gecombineerd tot antiwaterstof. In totaal negen anti-atomen zijn gedetecteerd. De resultaten worden binnenkort in Physics Letters B gepubliceerd.

Het bestaan van antimaterie is voor het eerst geopperd door de Britse fysicus Paul Dirac. Zijn beroemde vergelijking van 1931, een van de peilers van de quantumtheorie, bood plaats aan een deeltje van dezelfde massa als het elektron, maar met tegengestelde lading. Als naam stelde Dirac 'positron' voor en twee jaar later werd het door Carl Anderson in Pasadena gevonden. Later bleken alle elementaire deeltjes een antideeltje te bezitten, waarvan het antiproton in 1955 boven water kwam.

Antimaterie is lastig te bewaren: zodra het in contact komt met gewone materie, die in het heelal overheerst, vindt annihilatie plaats: materie en antimaterie vernietigen elkaar onder vrijkoming van fotonen, alles volgens Einsteins formule E = mc.

De anti-atomen van CERN zijn gemaakt door dwars op de bundel antiprotonen xenonatomen te schieten. Bij interactie tussen een antiproton en een proton uit een xenonkern ontstaat heel soms uit de bewegingsenergie van een antiproton een elektron-positronpaar. Als de snelheden van positron en antiproton gelijk zijn, is combinatie tot een anti-waterstofatom mogelijk.

Het correct interpreteren van de elektronische detectie-signalen was een moeizaam en tijdrovend karwei, reden waarom de onderzoekers pas nu met hun ontdekking naar buiten zijn gekomen. De anti-atomen van Oerlert en zijn groep leven zeer kort: 40 miljardste deel van een seconde. Omdat ze bijna met de lichtsnelheid bewegen, overbruggen ze niettemin een afstand van ongeveer 10 meter. Omdat ook anti-atomen elektrisch neutraal zijn, en dus ongevoelig voor afbuigmagneten, vliegen ze de bocht uit en worden door siliciumdetectoren in de wand van de LEAR-ring ingevangen en opgemerkt.

De grote vraag is: gedragen materie en anti-materie zich hetzelfde? De natuurkunde van nu gaat uit van symmetrie: antiwaterstof moet in aangeslagen toestand exact dezelfde kleuren licht uitzenden als gewone waterstof, en een anti-appel mag niet anders vallen. De miniemste afwijking zou de theoretische fysica in enorme verlegenheid brengen. Maar om deze metingen te kunnen uitvoeren moeten de anti-atomen eerst worden afgeremd en lang genoeg bewaard. Daarvoor zijn nieuwe experimenten nodig die op verschillende laboratoria worden voorbereid. Omdat LEAR eind 1996 uit de roulatie zal gaan, ten faveure van de in aanbouw zijnde Large Hadron Collider, is onduidelijk of CERN hierbij zal zijn.