I ricercatori con la collaborazione ALPHA con sede al CERN hanno annunciato la prima manipolazione al mondo di antimateria basata su laser, sfruttando un sistema laser made in Canada per raffreddare un campione di antimateria fino quasi allo zero assoluto. Il raggiungimento, dettagliato in un articolo pubblicato oggi e apparso sulla copertina della rivista Natura , altererà in modo significativo il panorama della ricerca sull'antimateria e farà avanzare la prossima generazione di esperimenti.

L'antimateria è la controparte ultraterrena della materia; presenta caratteristiche e comportamenti quasi identici ma ha carica opposta. Perché si annientano al contatto con la materia, gli atomi di antimateria sono eccezionalmente difficili da creare e controllare nel nostro mondo e non erano mai stati manipolati prima con un laser.

"I risultati di oggi sono il culmine di un programma di ricerca e ingegneria lungo anni, condotto presso l'UBC ma supportato da partner di tutto il paese, " disse Takamasa Momose, il ricercatore della University of British Columbia (UBC) con il team canadese di ALPHA (ALPHA-Canada) che ha guidato lo sviluppo del laser. "Con questa tecnica, possiamo affrontare misteri di vecchia data come:'Come risponde l'antimateria alla gravità? L'antimateria può aiutarci a capire le simmetrie in fisica?'. Queste risposte possono fondamentalmente alterare la nostra comprensione del nostro Universo".

Dalla sua introduzione 40 anni fa, la manipolazione laser e il raffreddamento degli atomi ordinari hanno rivoluzionato la fisica atomica moderna e consentito numerosi esperimenti vincitori del Nobel. I risultati in Natura segna il primo esempio di scienziati che applicano queste tecniche all'antimateria.

Raffreddando l'antimateria, i ricercatori saranno in grado di eseguire una serie di test di precisione per indagare ulteriormente sulle caratteristiche dell'antimateria, compresi esperimenti che potrebbero far luce sulle simmetrie fondamentali del nostro Universo. Questi test potrebbero offrire indizi sul perché l'Universo sia fatto principalmente di materia e non in parti uguali di materia/antimateria come previsto dai modelli del Big Bang.

"È stato un sogno un po' folle manipolare l'antimateria con il laser, " disse Makoto Fujiwara, portavoce di ALPHA-Canada, Scienziato TRIUMF, e il sostenitore originale dell'idea del raffreddamento laser. "Sono elettrizzato dal fatto che il nostro sogno si sia finalmente avverato grazie all'incredibile lavoro di squadra di scienziati canadesi e internazionali".

La manipolazione laser dell'antimateria apre anche le porte a una serie di innovazioni fisiche all'avanguardia. Momose e Fujiwara stanno guidando un nuovo progetto canadese, soprannominato HAICU, sviluppare nuove tecniche quantistiche per gli studi sull'antimateria. "Il mio prossimo sogno è quello di creare una "fontana" di anti-atomi lanciando l'antimateria raffreddata al laser nello spazio libero. Se realizzato, consentirebbe una classe completamente nuova di misurazioni quantistiche che prima erano impensabili, " disse Fujiwara. "Inoltre, siamo un passo più vicini alla produzione delle prime molecole di antimateria al mondo unendo insieme gli anti-atomi utilizzando la nostra tecnologia di manipolazione laser, " ha detto Momose.

I risultati segnano un momento spartiacque per il programma decennale di ricerca sull'antimateria di ALPHA, che è iniziata con la creazione e l'intrappolamento dell'antiidrogeno per un record mondiale di mille secondi nel 2011. La collaborazione ha anche fornito un primo assaggio dello spettro dell'antiidrogeno nel 2012, impostare guardrail che confinano l'effetto della gravità sull'antimateria nel 2013, e ha mostrato una controparte di antimateria a un fenomeno spettroscopico chiave nel 2020.