Antimaterie ruim een kwartier opgeslagen op CERN

Antimaterie maken, dat was al eerder gelukt. Antimaterie langer bewaren dan fracties van seconden vereiste meer inspanning. Maar fysici van het ALPHA-experiment op het Europees instituut voor deeltjesonderzoek CERN bij Genève hebben die ‘bewaarperiode’ nu toch met een factor 10.000 weten te verlengen – tot 1.000 seconden, ofwel ruim een kwartier.

Dat is belangrijk, want het biedt de fysici de gelegenheid om het gedrag van het anti-waterstof te bestuderen. Zo hopen ze een belangrijke vraag te beantwoorden: in hoeverre is antimaterie het precieze spiegelbeeld van gewone materie? De heersende theorie schrijft voor dat een deeltje dat voorwaarts in de tijd door de ruimte reist, niet te onderscheiden is van een antideeltje dat achteruit in de tijd door een gespiegeld universum beweegt. Maar is dat echt zo?

Tot dusver was het vooral een heidens karwei om anti-waterstofatomen secondenlang op te slaan. De CERN-fysici maken die anti-waterstof door een bundel antiprotonen (de tegenhangers van de protonen die waterstofkernen vormen) langzaam te vertragen (in de zogeheten antiproton decelerator) en door deze deeltjes daarna met magneetvelden op te sluiten in specifieke delen van hun meetapparaat. Net zo sluiten ze de uit tegengestelde richting komende anti-elektronen (positronen) met zo’n ‘magnetische val’ op in andere delen van het apparaat. Daarna brengen ze de twee deeltjeswolken voorzichtig bij elkaar.

Al in 2002 lukte het om zo koud en daardoor traag en ‘vangbaar’ anti-waterstof te maken. Dat gebeurde in botsingen tussen drie deeltjes: een antiproton en twee positronen. Het tweede positron was nodig om de energie af te voeren die vrijkwam als de andere twee deeltjes een anti-waterstofatoom vormden (met het antiproton als atoomkern en het positron daaromheen cirkelend).

Maar daarna bleek het vreselijk lastig om die anti-atomen te bewaren. Een groot obstakel was dat de wolken van resterende losse antiprotonen en positronen de kersverse anti-atomen zozeer verwarmden dat die vrijwel direct weer uit elkaar vielen. Met ijle en extra sterk afgekoelde wolken lukte het nu toch.