Luce dall’antimateria osservata per la prima volta: un passo in più per capire l’Universo

Per la prima volta nella storia è stata osservata una peculiare emissione di luce da parte dell'antimateria, una pietra miliare della fisica che potrebbe aiutarci a comprendere meglio questa sfuggente componente dell'Universo. Tecnicamente, gli scienziati dell'Organizzazione europea per la ricerca nucleare, meglio nota con l'acronimo di CERN, hanno osservato una transizione Lyman-alfa in antiparticelle di anti-idrogeno, che sono opposte alle comuni particelle di idrogeno. Per capire cosa hanno effettivamente fatto gli scienziati del progetto ALPHA, un team di fisici del CERN specializzato negli studi dell'antimateria, è doveroso soffermarsi sul concetto di antimateria e su cos'è questa particolare transizione.

Quando il nostro Universo si è formato, esso era costituito in parti quasi uguali da materia e antimateria, che è un tipo di materia (composta da antiparticelle) con la stessa massa delle particelle comuni ma con caratteristiche opposte, come ad esempio la carica. La materia classica ha dato vita a galassie, stelle, pianeti e a noi, mentre l'antimateria è misteriosamente ‘sparita'. È possibile calcolarne solo piccole quantità, e non si sa che fine abbia fatto tutto il resto. Potrebbe persino essersi annidata in qualche oscuro recesso dell'Universo e aver dato vita ad anti-galassie e anti-pianeti, una prospettiva inquietante e affascinante. Studiare le antiparticelle in laboratorio, dunque, potrebbe aiutarci a comprendere proprio che fine ha fatto. Per quanto concerne la transizione di Lyman-alfa, così chiamata poiché scoperta dal fisico Theodore Lyman, si tratta dell'emissione di un fotone ultravioletto che avviene a una specifica frequenza, che è di 121,6 nanometri. Ciò avviene quando un elettrone eccitato passa da un basso livello di energia (S1) a uno più elevato (2P) e ritorna a quello di S1. Si tratta di una “transizione speciale”, come indicato sul comunicato stampa del CERN, perché aiuta gli scienziati a studiare il mezzo che si trova tra le galassie e a testare i modelli cosmologici.

Riuscire a dimostrare l'esistenza della transizione Lyman-alfa anche per le antiparticelle potrebbe aiutarci a capire meglio come l'antimateria si relaziona a luce e gravità, inoltre una discrepanza nel valore ottenuto potrebbe farci capire perché l'Universo è composto da materia e non antimateria. Ebbene, gli scienziati del team ALPHA sono riusciti proprio a osservare questo tipo di transizione con emissione di luce con antiparticelle di anti-idrogeno, ottenendo dei valori “in buon accordo” con quelli della stessa transizione nelle particelle di idrogeno. “Siamo davvero entusiasti di questo risultato”, ha dichiarato il professor Jeffrey Hangst, portavoce dell'esperimento ALPHA. “La transizione Lyman-alfa è notoriamente difficile da sondare, anche nell'idrogeno ‘normale', ma sfruttando la nostra capacità di intrappolare e trattenere un gran numero di atomi di anti-idrogeno per diverse ore e utilizzando una sorgente pulsata di luce laser alfa Lyman, siamo stati in grado di osservare questa transizione. Il prossimo obiettivo è il raffreddamento laser, che sarà un punto di svolta per la spettroscopia di precisione e le misure gravitazionali”, ha concluso lo studioso.

Gli scienziati del CERN creano le antiparticelle di anti-idrogeno attraverso un dispositivo chiamato Antiproton Decelerator (AD), legandoli al sodio-22 e ‘rinchiudendoli' in trappole magnetiche. La conferma della transizione Lyman-alfa è un passo fondamentale verso il raffreddamento laser, grazie al quale potrebbero ottenere grandi campioni di antiparticelle di anti-idrogeno molto più densi e ‘puliti' di quelli attuali, con cui effettuare misurazioni molto più precise. Sono risultati che potrebbero presto farci scoprire il reale destino della misteriosa antimateria. I dettagli dell'affascinante studio sono stati pubblicati sulla rivista scientifica Nature.