L'orologio a fontana atomica mira a risolvere i misteri dell'antimateria

I ricercatori dell'Università di Swansea Joos Schoonwater e Edward Thorpe-Woods hanno sviluppato una nuova fontana al cesio. Credito: Stefan Eriksson.

Un dispositivo che produce una fontana di atomi di cesio potrebbe migliorare la comprensione dell’Universo misurando la frequenza della luce assorbita dall’antimateria.

Costruito nel Regno Unito con il supporto dell’Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC), è stato ora installato presso l’iconica struttura del CERN per supportare il pionieristico esperimento sull’antimateria Antiidrogen Laser Physics Apparatus (ALPHA).

L'Università di Swansea ha guidato il coinvolgimento del Regno Unito in ALPHA, finanziato dall'EPSRC. L'Università danese di Aarhus ha fornito ulteriore sostegno, con i finanziamenti della Fondazione Carlsberg.

La fontana al cesio aiuterà ALPHA a determinare la frequenza della luce assorbita dall'antiidrogeno (la controparte antimateria dell'idrogeno) con la stessa precisione già ottenuta per l'idrogeno. Ciò è fondamentale per comprendere l’entità della simmetria tra materia e antimateria, una grande domanda al centro di come funziona l’Universo.

La fontana al cesio è stata progettata e costruita presso il National Physical Laboratory (NPL), l'istituto nazionale di metrologia del Regno Unito a Teddington, Middlesex.

La fontana al cesio è racchiusa in una teca alta circa due metri. Gli atomi di cesio raffreddati al laser e contenuti in una camera a vuoto vengono lanciati in un tubo controllato magneticamente prima di ricadere di nuovo.

La radiazione a microonde misura la frequenza con cui questi atomi oscillano, fino alla quindicesima cifra decimale.

Ciò fornirà un riferimento ultra accurato rispetto al quale ALPHA potrà misurare l'interazione degli atomi di antiidrogeno con la luce laser, consentendo di determinare la frequenza della luce assorbita dall'antiidrogeno.

L'obiettivo è raggiungere un livello di precisione mille volte superiore rispetto alle conoscenze attuali. Si prevede che questo obiettivo verrà raggiunto entro i prossimi anni.

Una delle poche nel suo genere al mondo, questa fontana al cesio è unica nella sua affidabilità e robustezza, fondamentali per resistere alle richieste che ALPHA le porrà.

L'integrazione dello strumento con l'esperimento in loco evita che ALPHA debba accedere a questo tipo di funzionalità tramite collegamento satellitare, riducendo al minimo le imprecisioni nelle misurazioni effettuate.

I risultati mostreranno se, in linea con la teoria convenzionale, l’idrogeno e l’antiidrogeno hanno esattamente le stesse proprietà (anche se speculari).

Ciò potrebbe far luce sul motivo per cui sembra esserci pochissima antimateria nell’Universo oggi, anche se si ritiene generalmente che quantità uguali di materia e antimateria siano state create nel Big Bang 13,8 miliardi di anni fa.

Il Regno Unito è un partner chiave di ALPHA e la capacità fornita dalla fontana di cesio rafforza lo status del Regno Unito come leader globale nel campo della ricerca sull'antimateria a bassa energia.

Jane Nicholson, Direttore esecutivo per la base di ricerca dell'EPSRC, ha dichiarato:

“Questo entusiasmante dispositivo consoliderà ulteriormente il ruolo del Regno Unito come nazione leader nella comunità di ricercatori che studiano le proprietà dell'antimateria.

"Fornendo una precisione superiore per misurare la frequenza della luce assorbita dall'antimateria, l'orologio della fontana atomica dimostra l'importanza degli investimenti in strutture di livello mondiale e il ruolo che svolgono nel sostenere scoperte rivoluzionarie ed è un eccellente esempio di collaborazione tra istituti di ricerca del settore accademico e pubblico. "

Il professor Stefan Erikssondell'Università di Swansea, che sta guidando il progetto della fontana al cesio di ALPHA, afferma:

“La nuova fontana di cesio è essenziale per il nostro continuo impegno volto a determinare se l’idrogeno e l’antiidrogeno si comportano allo stesso modo.

"Speriamo che ciò che scopriremo migliorerà la comprensione degli elementi costitutivi di base del nostro Universo. La fontana aiuterà anche ALPHA a portare benefici al Regno Unito formando ricercatori che possano applicare le loro competenze - nella strumentazione, ad esempio - a campi importanti a livello nazionale come le tecnologie quantistiche, che si prevede avranno un grande impatto sulla società”.