De materie heeft een perfect spiegelbeeld

De elektrische lading van antiwaterstof is vrijwel zeker nul. Het valt niet uit te sluiten dat zo’n atoom naar boven valt.

Antimaterie is spiegelmaterie. Voor ieder molecuul, ieder atoom, ieder deeltje bestaat er een antideeltje met een tegenovergestelde elektrische lading: het proton heeft het antiproton en het elektron het anti-elektron (beter bekend als het positron). Samen vormen die complete antiwaterstofatomen.

Taai is de antimaterie ook. Waar de meeste exotische deeltjes binnen een fractie van seconden weer verdwijnen, is antimaterie van zichzelf stabiel. De reden dat we het op aarde toch zelden tegenkomen is dat het, in combinatie met de gewone materie, direct annihileert tot puur licht (en dus energie, zoals Star Trek-fans weten).

Maar een onderzoeksgroep aan het Zwitserse hoge-energie-fysica-instituut CERN in Zwitserland lukt het steeds beter om complete antiwaterstofatomen te maken en vast te houden in vacuüm. In Nature van donderdag beschrijven ze hoe ze honderden antiwaterstofatomen verzamelden, afkomstig van een antiprotonenvertrager en van radioactief natrium dat positronen afgeeft.

Ze vingen de traagste antiwaterstofatomen in een magnetische val, een complex stelsel van magneetvelden. Áls antiwaterstof al een elektrische lading heeft, maten zij vervolgens, is die niet groter dan ongeveer een miljardste van de lading van een elektron. Die bovengrens is 20 keer lager dan eerdere bepalingen.

Waarschijnlijk is de lading van een antiwaterstofatoom zelfs gewoon nul, want elektrische lading komt alleen voor in pakketjes van één elektronlading, niet kleiner. In het anti-atoom neutraliseert de positieve lading van het positron de negatieve van het antiproton. Antiwaterstof met een netto elektrische lading zou dus behoorlijke hoofdbrekens opgeleverd hebben.

Toch verdiept deze verwachte uitkomst het raadsel van het materie-overschot in het heelal weer iets verder. Als er geen enkel verschil is tussen antimaterie en materie, hoe kan het dan dat na de oerknal een netto-overschot van ‘ons’ soort materie overbleef? Waarom zou niet alle materie alle antimaterie geannihileerd hebben?

Misschien, oppert een toelichtend artikel van Thomas Phillips van het Illinois Institute of Technology in hetzelfde Nature-nummer, is er nóg een verschil tussen materie en antimaterie dat dit raadsel, en nog een paar kosmologische hoofdpijndossiers, kan oplossen.

Met Albert Einstein nemen natuurkundigen aan dat de zwaartekracht voor alle massa’s een aantrekkende kracht is. Maar voor antimaterie is die aanname niet getest. In het Dirac-Milne-model, beschreven door twee Franse auteurs in 2012, stoten materie en antimaterie elkaar juist af.

In dat geval kunnen er complete sterrenstelsels van antimaterie bestaan. Het heelal dat wij zien bestaat uit gelijke delen materie en antimaterie, in samenscholingen die elkaar nooit zullen tegenkomen vanwege die afstotende zwaartekracht.

Nu we weten dat antiwaterstof elektrisch neutraal is, schrijft commentator Phillips, zou de volgende stap zijn om te onderzoeken of de Zwitserse antiwaterstofatomen misschien naar boven toe vallen, afgestoten door de aarde.