Siete in auto e al semaforo, accanto a voi, compare un camion con la scritta “antimateria in movimento”. Potrebbe capitarvi se vi trovate nei pressi del Cern di Ginevra. E se avete letto il best seller di Dan Brown Angeli e demoni, o avete visto il film, la vostra mente sarà già volata lì. Dovesse capitarvi, però, state tranquilli: nessun rischio di apocalisse. Due giorni fa, per la prima volta al mondo, è successo davvero: gli scienziati dell’esperimento Base al Cern hanno trasportato una trappola contenente antiprotoni su un camion. Lo vedete nella foto qui sotto. Per ora, il trasporto è avvenuto all’interno dell’area del laboratorio. Si tratta di un risultato straordinario, considerando che l’antimateria è molto difficile da conservare, poiché si annichila a contatto con la materia.
Il camion che ha trasportato gli antiprotoni nella trappola dell’esperimento Base del Cern. Crediti: Cern
L’antimateria è una classe di particelle presente in natura identica alla materia ordinaria ad eccezione del fatto che la carica elettrica e il momento magnetico sono invertiti. Secondo le leggi della fisica, il Big Bang avrebbe dovuto produrre quantità uguali di materia e antimateria. Queste particelle uguali ma opposte avrebbero potuto annichilarsi rapidamente a vicenda, lasciando un universo vuoto. Tuttavia, un piccolo squilibrio iniziale ha fatto sì che prevalesse la materia. Cosa sia successo nello specifico è ancora da scoprire, ma i fisici sospettano che esistano differenze nascoste in grado di spiegare perché la materia sia sopravvissuta mentre l’antimateria sia quasi completamente scomparsa.
La collaborazione Base al Cern è nata per misurare con grande precisione le proprietà degli antiprotoni, come il loro momento magnetico intrinseco, per poi confrontare tali misure con quelle ottenute per i protoni. Ma c’è un problema. «Le macchine e le apparecchiature nella “fabbrica di antimateria” del Cern, dove è situato Base, generano fluttuazioni del campo magnetico che limitano quanto possiamo spingere la precisione delle nostre misure», spiega Stefan Ulmer, portavoce di Base. Queste fluttuazioni sono minuscole, dell’ordine di un miliardesimo di tesla, 20mila volte inferiori al campo magnetico terrestre, e non rilevabili all’esterno dell’edificio. «Tuttavia, la precisione delle misure effettuate in Base è tale che, per ottenere una comprensione ancora più profonda delle proprietà fondamentali degli antiprotoni, sarà necessario spostare l’esperimento fuori dall’edificio».
La “fabbrica di antimateria” del Cern, come l’ha chiamata Ulmer, è l’unico luogo al mondo in cui gli antiprotoni possono essere prodotti, immagazzinati e studiati. Due deceleratori successivi, l’Antiproton Decelerator (Ad) e l’Extra Low Energy Antiproton ring (Elena), forniscono a diversi esperimenti antiprotoni a bassa energia: quanto più bassa è la loro energia, tanto più facilmente possono essere immagazzinati e studiati. Tra questi esperimenti, Base detiene da tempo il record di conservazione degli antiprotoni per oltre un anno e ha sviluppato questo approccio pionieristico per passare alla fase successiva: trasportare gli antiprotoni in uno spazio offline per esperimenti più precisi, nonché condividerli con altri gruppi. Per questo motivo è stata sviluppata la trappola Base-Step: un apparato progettato per immagazzinare e trasportare antiprotoni.
Per farlo, gli scienziati sono riusciti ad accumulare una nube di 92 antiprotoni in un’innovativa trappola di Penning criogenica portatile, l’hanno scollegata dall’infrastruttura sperimentale, caricata su un camion e, dopo il tour, hanno ripreso le operazioni sperimentali in laboratorio. Questa prima mondiale rappresenta un test: l’obiettivo finale è trasportare antiprotoni verso altri laboratori europei, come l’Università Heinrich Heine di Düsseldorf (Hhu), dove potrebbero essere effettuate misure delle proprietà degli antiprotoni con una precisione estremamente elevata.
«Il nostro obiettivo con Base-Step è quello di poter intrappolare antiprotoni e consegnarli ai nostri laboratori di precisione in uno spazio dedicato al Cern, alla Hhu, alla Leibniz University di Hannover e forse ad altri laboratori in grado di effettuare misure sugli antiprotoni con precisione estremamente elevata, cosa che purtroppo non è possibile nella fabbrica di antimateria», spiega Christian Smorra, responsabile di Base-Step. «Abbiamo convalidato la fattibilità del progetto con i protoni lo scorso anno, ma ciò che abbiamo ottenuto oggi con gli antiprotoni rappresenta un enorme passo avanti verso il nostro obiettivo».
Base-Step è abbastanza compatta da poter essere caricata su un camion e passare attraverso normali porte di laboratorio, ed è in grado di resistere a urti e vibrazioni durante il trasporto. L’apparato attuale – che include un magnete superconduttore, un sistema criogenico a elio liquido, riserve di energia e una camera a vuoto che intrappola le antiparticelle mediante campi magnetici ed elettrici – pesa 1000 chilogrammi: molto più compatto rispetto a Base o a qualsiasi altro sistema esistente utilizzato per studiare l’antimateria. Per raggiungere la sua prima destinazione – il laboratorio di precisione dedicato presso la Hhu in Germania – occorreranno almeno 8 ore. Significa mantenere il magnete superconduttore della trappola a una temperatura inferiore a 8,2 gradi Kelvin per tutto questo tempo. Quindi, oltre all’elio liquido, sarà necessario un generatore per alimentare un criorefrigeratore sul camion. Tuttavia, la sfida maggiore resta all’arrivo a destinazione: trasferire gli antiprotoni all’esperimento senza che scompaiano.
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