Revolutionaire ontdekking: antimaterie in realtime detecteren!

Revolutionaire ontdekking: antimaterie in realtime detecteren!

Onderzoekers van CERN hebben aanzienlijke vooruitgang geboekt in antimaterieonderzoek door fotosensoren van smartphones te gebruiken om antimaterie in realtime te vernietigen. Deze innovatieve technologie, die is ontwikkeld voor internationale AEgIS-samenwerking, is afkomstig van wetenschappers van de Technische Universiteit van München (TUM). Met behulp van deze nieuwe apparaten detecteert het onderzoek antiprotonvernietigingen met een indrukwekkende nauwkeurigheid van bijna 0,6 micrometer, waardoor eerdere methoden met een factor 35 worden verbeterd. Deze vooruitgang is cruciaal omdat de AEgIS-samenwerking tot doel heeft de vrije val van antiwaterstof in het zwaartekrachtveld van de aarde nauwkeurig te meten, wat voorheen alleen mogelijk was met enorme technische uitdagingen.

Er wordt een horizontale anti-waterstofstraal gegenereerd, waarvan de verticale valafstand wordt gemeten met behulp van een Moiré-deflectometer. Dr. Francesco Guatieri, leider van de studie, benadrukt de behoefte aan een detector met een hoge ruimtelijke resolutie. De implementatie van 60 smartphonechips in de Optical Photon and Antimatter Imager (OPHANIM) is een sleutel tot het bereiken van deze hoge precisie. Voorheen werden fotografische platen gebruikt als de enige manier om nauwkeurig te meten, maar zonder de mogelijkheid om realtime metingen uit te voeren. De nieuwe oplossing heeft al succesvolle tests op antiprotonen doorstaan ​​en wordt nu toegepast op antiwaterstof. De resultaten van dit onderzoek zijn gepubliceerd in het tijdschrift Science Advances en markeren een cruciale stap in het antimaterieonderzoek.

De basisprincipes van antimaterie

Antimaterie heeft dezelfde massa als materie, maar heeft een tegengestelde elektrische lading en spin. Volgens de algemene relativiteitstheorie van Einstein zou de zwaartekracht materie en antimaterie op identieke wijze moeten beïnvloeden. Tot nu toe is er echter geen directe meting van de valsnelheid van antimaterie uitgevoerd, omdat de productie en opvang van antimaterie met aanzienlijke problemen gepaard gaat. De AEgIS-samenwerking bij de Antiproton Decelerator (AD) van CERN publiceerde onlangs een baanbrekend artikel in *Communications Physics* dat een mijlpaal beschrijft in de productie van antiwaterstof.

Nieuwe technieken die in 2018 werden ontwikkeld, maakten de gepulseerde productie van anti-waterstofatomen mogelijk, waardoor een nauwkeurige timing van hun vorming mogelijk werd. AEgIS-woordvoerder Michael Doser merkte op dat dit de eerste keer is dat op relevante tijdstippen gepulseerde vorming van antiwaterstof heeft plaatsgevonden. Antiwaterstof wordt en wordt uitsluitend bij CERN geproduceerd en bestudeerd, waardoor het ideaal is voor het testen van de effecten van de zwaartekracht en de fundamentele eigenschappen van antimaterie.

Toekomstperspectieven

De eerste rapporten over de energiezuinige productie van antiwaterstof dateren uit 2002, dankzij de samenwerking met ATHENA en ATRAP. De ALPHA-samenwerking heeft vooruitgang geboekt bij het produceren, manipuleren en opvangen van grotere hoeveelheden antiwaterstof. AEgIS gebruikte een ‘ladingsuitwisseling’-proces dat werd geactiveerd door een laserpuls om antiwaterstof te genereren, waardoor tijdbepaling met een onzekerheid van ongeveer 100 ns mogelijk was. Er zijn verdere stappen nodig om de invloed van de zwaartekracht op antimaterie te meten, waaronder het vormen van een gepulseerde straal, het vergroten van de hoeveelheden antiwaterstof en het afkoelen van de atomen.

De komende jaren zijn de ALPHA-, AEgIS- en GBAR-experimenten van plan de valsnelheid van anti-atomen te meten met een nauwkeurigheid van 1%. Deze projecten zijn nauw verbonden met de nieuwe ELENA-synchrotron, die antiprotonen met extreem lage energie produceert. Hoewel natuurkundigen geloven dat het onwaarschijnlijk is dat antimaterie een tegenovergestelde zwaartekracht ervaart dan materie, kunnen nauwkeurige metingen subtiele verschillen aan het licht brengen.