Gli scienziati hanno già effettuato la misurazione più precisa dell'antimateria e i risultati approfondiscono solo il mistero del perché esiste la vita, l'universo e tutto ciò che contiene.
Le nuove misurazioni mostrano che, con un livello di precisione incredibilmente elevato, l'antimateria e la materia si comportano in modo identico.
Eppure quelle nuove misurazioni non possono rispondere a una delle più grandi domande in fisica: perché, se parti uguali materia e antimateria si sono formate durante il Big Bang, il nostro universo oggi è fatto di materia?
Universo in equilibrio
Il nostro universo è basato sull'equilibrio degli opposti. Per ogni tipo di particella "normale", fatta di materia, esiste un'antiparticella coniugata della stessa massa che produce contemporaneamente la carica elettrica opposta. Gli elettroni hanno antielettroni opposti o positroni; i protoni hanno antiprotoni; e così via.
Quando le particelle di materia e antimateria si incontrano, tuttavia, si annullano a vicenda, lasciando indietro solo l'energia rimanente. I fisici ritengono che ci sarebbero state uguali quantità di materia e antimateria create dal Big Bang, e ognuna avrebbe assicurato la reciproca distruzione dell'altra, lasciando un piccolo universo privo dei mattoni della vita (o di qualsiasi cosa, davvero). Eppure eccoci qui, in un universo fatto quasi interamente di materia.
Ma ecco il kicker: non conosciamo alcun antimateria primordiale che sia uscito dal Big Bang. Quindi perché - se l'antimateria e la materia si comportano allo stesso modo - un tipo di materia è sopravvissuto al Big Bang e l'altro no?
Uno dei modi migliori per rispondere a questa domanda è misurare le proprietà fondamentali della materia e dei suoi coniugati di antimateria nel modo più preciso possibile e confrontare tali risultati, ha affermato Stefan Ulmer, un fisico di Riken a Wako, in Giappone, che non era coinvolto nel nuovo ricerca. Se c'è una leggera deviazione tra le proprietà della materia e le proprietà correlate dell'antimateria, questo potrebbe essere il primo indizio per risolvere la più grande whodunit della fisica. (Nel 2017, gli scienziati hanno scoperto alcune lievi differenze nel modo in cui alcuni partner antimateria si comportano, ma i risultati non sono stati statisticamente abbastanza forti da essere considerati una scoperta.)
Ma se gli scienziati vogliono manipolare l'antimateria, devono farlo scrupolosamente. Negli ultimi anni, alcuni fisici hanno iniziato a studiare l'antiidrogeno, o controparte dell'antimateria dell'idrogeno, perché l'idrogeno è "una delle cose che capiamo meglio nell'universo", ha detto al co-autore Jeffrey Hangst, un fisico dell'Università di Aarhus in Danimarca, ha detto a Live Science . La produzione di antiidrogeno in genere comporta la miscelazione di 90.000 antiprotoni con 3 milioni di positroni per produrre 50.000 atomi di antiidrogeno, solo 20 dei quali vengono catturati con magneti in un tubo cilindrico lungo 11 pollici (28 centimetri) per ulteriori studi.
Ora, in un nuovo studio pubblicato oggi (4 aprile) sulla rivista Nature, il team di Hangst ha raggiunto uno standard senza precedenti: ad oggi hanno preso la misura più precisa dell'antiidrogeno - o di qualsiasi tipo di antimateria. In 15.000 atomi di antiidrogeno (pensa di fare il suddetto processo di miscelazione circa 750 volte), hanno studiato la frequenza della luce che gli atomi emettono o assorbono quando saltano da uno stato di energia inferiore a uno superiore.
Le misurazioni dei ricercatori hanno mostrato che i livelli di energia degli atomi di antiidrogeno e la quantità di luce assorbita concordavano con le loro controparti di idrogeno, con una precisione di 2 parti per trilione, migliorando notevolmente la precisione di misurazione precedente dell'ordine delle parti per miliardo.
"È molto raro che gli sperimentatori riescano ad aumentare la precisione di un fattore 100", ha detto Ulmer a Live Science. Pensa che, se il team di Hangst continuerà a lavorare per altri 10-20 anni, sarà in grado di aumentare il livello di precisione della spettroscopia dell'idrogeno di un ulteriore fattore di 1.000.
Per Hangst - il portavoce della collaborazione ALPHA presso l'Organizzazione europea per la ricerca nucleare (CERN), che ha prodotto questi risultati - questo risultato ha richiesto decenni.
Intrappolare e trattenere l'antimateria è stata un'impresa importante, ha detto Hangst.
"Venti anni fa, la gente pensava che ciò non sarebbe mai accaduto", ha detto. "È un tour de force sperimentale riuscire a farlo affatto".
I nuovi risultati sono molto impressionanti, Michael Doser, un fisico del CERN che non era coinvolto nel lavoro, ha detto a Live Science in una e-mail.
"Il numero di atomi intrappolati per questa misura (15.000) è un enorme miglioramento nei propri registri di pochi anni fa", ha detto Doser.
Cosa ci dice la misurazione più precisa dell'antimateria? Beh, sfortunatamente, non molto più di quanto già sapessimo. Come previsto, l'idrogeno e l'antiidrogeno - materia e antimateria - si comportano in modo identico. Ora, sappiamo solo che sono identici a una misurazione di parti per trilione. Tuttavia, Ulmer ha affermato che la misurazione in 2 parti per trilione non esclude la possibilità che qualcosa stia deviando tra i due tipi di materia a un livello di precisione ancora maggiore che ha finora sfidato la misurazione.
Per quanto riguarda Hangst, è meno interessato a rispondere alla domanda sul perché il nostro universo della materia esiste come fa senza antimateria - quello che chiama "l'elefante nella stanza". Invece, lui e il suo gruppo vogliono concentrarsi su misurazioni ancora più precise ed esplorare come l'antimateria reagisce con la gravità: cade come materia normale o potrebbe cadere?
E Hangst pensa che il mistero potrebbe essere risolto entro la fine del 2018, quando il CERN chiuderà per due anni per gli aggiornamenti. "Abbiamo altri trucchi nella manica", ha detto. "Rimanete sintonizzati."
