Credits: Christian Smorra

Una trappola trasportabile

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La BASE collaboration al CERN ha portato a più di un risultato nella ricerca sull’antimateria. Ad esempio, ha effettuato la prima misurazione più precisa per l’antimateria e per la materia, ha conservato l’antimateria per un tempo record di oltre un anno e ha condotto la prima ricerca in laboratorio per una interazione tra l’antimateria e una particella candidata per la materia oscura chiamata l’assione.

Ora, il team BASE sta sviluppando un dispositivo che potrebbe portare la ricerca sull’antimateria a nuovi traguardi – una “trappola” trasportabile per aniprotoni per spostare l’antimateria prodotta al Deceleratore di antimateria (AD) del CERN in un’altra struttura del CERN o altrove, per misurazioni di antimateria di maggiore precisione. Queste misurazioni potrebbero scoprire differenze tra materia e antimateria.

Il Big Bang avrebbe dovuto creare quantità uguali di materia e antimateria, eppure l’universo attuale è fatto quasi interamente di materia, quindi deve essere successo qualcosa che ha creato lo squilibrio. Il Modello Standard della fisica delle particelle prevede una certa differenza tra materia e antimateria, ma questa differenza è insufficiente a spiegare lo squilibrio, spingendo i ricercatori a cercare altre, ancora sconosciute, differenze tra le due forme di materia. Questo è esattamente ciò che i team che stanno dietro a BASE e ad altri esperimenti situati nella sala AD del CERN stanno cercando di fare.

Misurazioni sempre più precise

BASE, in particolare, indaga sulle proprietà degli antiprotoni, le antiparticelle dei protoni. Prende prima gli antiprotoni prodotti all’AD – l’unico posto al mondo dove gli antiprotoni vengono creati quotidianamente – e poi li immagazzina in un dispositivo chiamato trappola di Penning, che tiene le particelle in posizione con una combinazione di campi elettrici e magnetici. Successivamente, BASE alimenta gli antiprotoni uno ad uno in una trappola a più trappole di Penning per misurare due frequenze, da cui si possono dedurre le proprietà degli antiprotoni come il loro momento magnetico e poi confrontarle con quelle dei protoni. Queste frequenze sono la frequenza del ciclotrone, che descrive l’oscillazione di una particella carica in un campo magnetico, e la frequenza di Larmor, che descrive il cosiddetto movimento precessionale nella trappola dello spin intrinseco della particella.

Il team BASE ha effettuato misurazioni sempre più precise di queste frequenze, ma la precisione è in definitiva limitata da disturbi esterni al campo magnetico dell’impianto. “La sala AD non è la più tranquilla degli ambienti magnetici“, dice il portavoce della BASE Stefan Ulmer. “Per avere un’idea, il mio ufficio al CERN è 200 volte più calmo della sala AD“, dice sorridendo.

Il dispositivo BASE-STEP

Da qui la proposta del team BASE di realizzare una trappola antiprotone trasportabile per portare gli antiprotoni prodotti all’AD in un laboratorio di misurazione con un ambiente magnetico più calmo. Il dispositivo, chiamato BASE-STEP e guidato dal portavoce del BASE, Christian Smorra, sarà costituito da un sistema Penning-trap all’interno del foro di un magnete superconduttore in grado di resistere a forze di trasporto. Inoltre, avrà un sistema di raffreddamento a liquido ed elio, che permette di trasportarlo per diverse ore senza bisogno di energia elettrica per mantenerlo fresco. Il sistema Penning-trap sarà caratterizzato da una prima trappola per ricevere e rilasciare gli antiprotoni prodotti all’AD, e una seconda trappola per immagazzinare gli antiprotoni.

Il dispositivo complessivo sarà lungo 1,9 metri, largo 0,8 metri, alto 1,6 metri e peserà al massimo 1000 kg. “Queste dimensioni e il peso compatti ci permettono di caricare la trappola in linea di principio in un piccolo camion o furgone e di trasportarla dal capannone dell’AD a un’altra struttura situata al CERN o altrove, per approfondire la nostra comprensione dell’antimateria“, afferma Smorra, che ha ricevuto una sovvenzione di avviamento del Consiglio Europeo delle Ricerche per condurre il progetto.

Il team BASE ha iniziato a sviluppare i primi componenti del dispositivo e prevede di completarlo nel 2022, in attesa di decisioni e approvazioni. Rimanete sintonizzati per ulteriori sviluppi.