Genève (CH) – In Zwitserland is met succes de Antiproton Decelerator in werking gezet. Met deze machine kunnen onderzoekers antimaterie vangen.


Het rare van antimaterie is dat het nauwelijks bestaat. Wetenschappers geloven dat het heelal begon met een Big Bang, waarbij zowel materie als antimaterie ontstond. In het universum van nu lijkt alle antimaterie verdwenen.
Zoals plus en min, zijn materie en antimaterie precies tegenovergesteld. Zo precies dat wanneer een proton en een antiproton elkaar tegenkomen, ze in elkaar opgaan en niets overblijft, behalve pure energie. Het is de perfecte omzetting van massa (m) in energie (E) volgens Einstein’s beroemde formule E=mc² (c is de snelheid van het licht). Het probleem is dat antimaterie niet simpelweg gemaakt kan worden. De productie kost nog altijd meer energie dan de energie die vrijkomt als materie en antimaterie elkaar ontmoeten.
In CERN, het Europese elementaire-deeltjeslaboratorium in Genève, gebruiken de onderzoekers al jaren antideeltjes voor hun werk. Antimaterie en subatomairedeeltjes maken ze door materie te laten botsen. Dit gebeurt in een keten van versnellers achter elkaar. Om allerlei redenen is het interessant om antimateriebouwstenen, de antiprotonen, antineutronen en de positronen (anti-elektronen), te maken. Want valt antimaterie nu naar boven of naar beneden?

Voor het eerst zijn antiprotonen in deze val beland

Om een vraag als deze te beantwoorden zijn sterk afgeremde antideeltjes nodig. Daarvoor hebben ze in Genève een antiprotonremmer gebouwd. Deze vertrager is een soort van cirkel met een omtrek van 188 meter. Het bestaat uit een vacuümpijp (om contact met andere deeltjes te voorkomen), omgeven door vacuümpompen, magneten, elektronische circuits en ruimten die radiogolven uitzenden.

Exotische atomen
Nieuw gecreëerde antiprotonen bewegen zich bijna met de snelheid van het licht, kriskras door elkaar. Geen enkel deeltje heeft dezelfde hoeveelheid energie en ze zullen proberen uit de ring te breken. De magneten houden de deeltjes in de ringvormige baan. Sterke elektrische velden geproduceerd door radiogolven remmen antiprotonen af. Nadeel is dat met het afremmen de deeltjes zover uit hun baan raken dat ze uiteindelijk verloren gaan. Om dit te voorkomen worden de deeltjes ‘gekoeld’. Deze techniek verhindert zowel de spreiding van energie, als het uit de baan springen van de deeltjes.
Als de antimateriedeeltjes zijn afgeremd tot tien procent van de snelheid van het licht, zijn ze langzaam genoeg voor de volgende stap. Een supersterke magneet vangt de antiprotonen. In twee experimenten worden de antiprotonen bij positronen gevoegd. Op deze manier vormt zich antiwaterstof. In een derde experiment vervangt een antiproton een gewoon elektron in het heliumatoom. Hierdoor ontstaan zogenaamde exotische atomen. Omdat een antiproton veel zwaarder is dan het oorspronkelijke elektron verwachten de onderzoekers, met spectroscopie, veel informatie over het gedrag van atomen te achterhalen.
In de toekomst willen de natuurkundigen van de anti-atoomfabriek nog veel spannende experimenten uitvoeren. Stukje bij beetje komen ze er hopelijk achter waarom de natuur materie boven antimaterie prefereert.

Ingrid van Vilsteren