Antimaterie voor het eerst met grote precisie gemeten

Natuurkunde

Antimaterie is het perfecte spiegelbeeld van materie. Dat is nu met grote zekerheid bevestigd in nieuwe experimenten.

ALPHA-experiment in Genève. Foto CERN

De antimaterie-tegenhanger van het waterstofatoom, antiwaterstof, gedraagt zich precies zoals de theorie voorspelt. Dit concluderen wetenschappers van het ALPHA-experiment bij CERN in Genève.

„Dit is de meeste precieze meting van antimaterie tot nu toe”, zegt Jeffrey Hangst van Aarhus University, woordvoerder van het ALPHA-experiment. „Wat we zien komt goed overeen met de karakteristieken van waterstof. Maar de antiwaterstof-metingen zijn nog een paar honderd keer minder nauwkeurig dan die van waterstof.” De onderzoekers publiceerden hun resultaten woensdag in het blad Nature.

Antimaterie kan gezien worden als het spiegelbeeld van gewone materie. Elk materiedeeltje heeft een antimaterie-tegenhanger. Zo is een anti-elektron (genaamd positron) net zo zwaar als een gewoon elektron, maar het heeft een positieve lading in plaats van een negatieve.

Het standaardmodel van de deeltjesfysica voorspelt dat waterstof (dat bestaat uit een proton en een elektron) en antiwaterstof (een antiproton en een positron) zich identiek gedragen. Hangst: „Door te kijken of dat klopt, testen wij het standaardmodel.”

Omdat antimaterie niet in de natuur voorkomt, moet het gemaakt worden in experimenten. Dat lukt alleen met krachtige apparatuur. Het lastigste is om antimaterie gevangen te houden. Dat kan alleen in een compleet vacuüm, want antimaterie en gewone materie annihileren tot een plofje energie als ze met elkaar in contact komen.

Het ALPHA-experiment is de enige plek waar antiwaterstof gemaakt en gevangen gehouden kan worden. Dat doen ze door antimaterie te vangen in een kooi van magneetvelden en die zo veel af te koelen dat het bijna niet meer beweegt.

Vorig jaar vingen de onderzoekers op deze wijze een tiental anti-atomen. Ze lieten daarmee zien dat antiwaterstof licht absorbeert met dezelfde golflengte als waterstof. Ook het licht dat ze uitzenden is gelijk. De nieuwe metingen laten hetzelfde zien, maar nu met honderd keer meer zekerheid.

Onopgelost

„Het experiment heeft een enorme sprong vooruit gemaakt”, zegt Hangst. De onderzoekers kunnen nu duizenden antiwaterstofatomen maken en die enkele dagen gevangen houden. „We laten zien dat de antimateriemetingen binnenkort net zo goed zijn als die van gewone materie.”

Sommige wetenschappers hopen dat toekomstige metingen een verschil laten zien tussen waterstof en antiwaterstof. Dat zou namelijk wijzen op nieuwe natuurkunde die kan verklaren waarom er bijna geen antimaterie is. Waarom het universum volledig uit materie bestaat terwijl er volgens theorieën vlak na de oerknal evenveel antimaterie was, is een van de grote onopgeloste vragen.