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Una nuova tecnica per la produzione di fasci impulsati di atomi di anti-idrogeno

AEgIS

Atomi di anti-idrogeno freddi (con temperatura attorno al K o sub K) sono ritenuti uno strumento molto potente per verificare anche per l'antimateria la validita’ di principi fondamentali della fisica, tra i quali la simmetria CPT e il Principio di Equivalenza della Relativita' Generale di Einstein. Una misurazione diretta della influenza della gravita' su antimateria non e' ancora stata realizzata, a causa della difficoltà di produrla e di contenerne grandi quantità. Su questo obiettivo sono impegnate diverse collaborazioni internazionali al Cern, tra cui la collaborazione AEgIS di cui fa parte un gruppo del Dipartimento di Fisica e della locale sezione INFN.

Per arrivare a misurare la caduta libera di atomi di anti-idrogeno e' necessario progettare esperimenti estremamente sensibili e sintetizzare in laboratorio questi atomi in condizioni molto ben controllate, cioè  con posizione, energia, stato quantico e istante al quale vengono prodotti ben conosciuti. Recentemente, un articolo della collaborazione AEgIS pubblicato l’8 febbraio 2021 sulla rivista Communications Physics presenta i risultati sulla produzione impulsata di anti-idrogeno in cui il 90% degli atomi è prodotto entro un intervallo di soli 250 ns. Questo risultato migliora di un fattore 1000 la conoscenza dell’istante di produzione rispetto a metodi pre-esistenti.

I risultati sono stati ottenuti durante la presa dati nel 2018 al CERN presso l’Antiproton Decelerator. Il processo utilizzato è lo scambio carica tra positronio – formato lanciando positroni su un bersaglio di silicio nanoporoso ed eccitato con laser impulsati – e antiprotoni, raffreddati e confinati in trappole elettromagnetiche (come schematizzato in figura). Il controllo dell’istante di produzione di anti-idrogeno è una milestone importante verso lo scopo principale di AEgIS, cioè  la misura diretta della accelerazione di gravità su antimateria. "Questa è la prima volta che viene realizzata la formazione pulsata di antiidrogeno su scale temporali che aprono la porta alla manipolazione simultanea, da parte di laser o campi esterni, degli atomi formati, nonché alla possibilità di applicare lo stesso metodo alla formazione pulsata di altri atomi antiprotonici", afferma il portavoce di AEgIS Michael Doser del CERN. Saranno comunque necessari diversi ulteriori passaggi prima che AEgIS possa misurare l'influenza della gravità sull'antimateria, a partire dalla formazione di un fascio pulsato, la produzione di maggiori quantità di antiidrogeno nonche' la capacità di renderlo più freddo. Ma la conoscenza del momento della formazione dell'antiidrogeno è di fatto uno strumento molto potente e fondamentale per questi esperimenti.

Per informazioni
fabrizio.castelli@unimi.it
marco.giammarchi@mi.infn.it

26 marzo 2021
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