Binnenkort wordt antimaterie in vrachtwagens verplaatst van het ene naar het ander lab op het terrein van de Europese deeltjesonderzoeksorganisatie CERN. Het is voor het eerst dat antimaterie op deze manier vervoerd wordt.
In het boek Het Bernini Mysterie van Dan Brown stelen Illuminati een buisje antimaterie bij CERN om daarmee het Vaticaan op te blazen. Dit scenario is op dit moment nog erg onwaarschijnlijk. Je kunt namelijk niet zomaar een buisje met antimaterie vervoeren zonder dat het spul verdwijnt.
Twee onderzoeksgroepen bij deeltjesinstituut CERN werken nu aan een manier om het vluchtige spul voor het eerst met vrachtwagens te verplaatsen. Het gaat van het lab waar het gemaakt wordt naar twee andere locaties op de CERN-campus. Hoewel de afstand die overbrugd moet worden nog geen twee kilometer is, wordt hier al jaren aan gewerkt. De onderzoekers denken nu zo ver te zijn dat in de tweede helft van 2025 de eerste vrachtwagen met antimaterie over de weg rijdt.
Dit is hoe we wiskundefobie te lijf kunnen gaan
Sarah Hart vertelt hoe we de angst voor getallen en formules weg kunnen nemen.
Poef, antimaterie weg
Antimateriedeeltjes kun je zien als het spiegelbeeld van materiedeeltjes, met tegengestelde eigenschappen. Deze deeltjes komen in de natuur nauwelijks voor. Ze worden gemaakt in complexe experimenten en bestaan meestal maar kort, omdat ze verdwijnen (‘annihileren’) zodra ze in contact komen met gewone materie – zoals moleculen in de lucht of deeltjes van de meetapparatuur. Dat maakt het bewaren en transporteren van antimaterie lastig.
In een lab bij CERN in Genève werken fysici al jaren aan het produceren van antimaterie en het vertragen van de antideeltjes zodat ze ze kunnen vangen. Ze knutselen er zelf anti-atomen in elkaar, van antiprotonen en anti-elektronen.
In dat lab is het nu al mogelijk om antideeltje te bewaren. Dat gebeurt door de deeltjes eerst te vertragen, zodat ze nauwelijks meer bewegen. Vervolgens worden ze vastgezet in een soort magnetische kokers met binnenin een vacuüm en een val – of gevangenis – die bestaat uit elektrische en magnetische velden. Het vacuüm is nodig zodat de antideeltjes niet tegen moleculen in de lucht aanbotsen. De magnetische en elektrische velden zorgen ervoor dat de antideeltjes in het midden van de koker blijven zweven en niet tegen de wanden aanbotsen.
Vervoer
Om zo’n koker met antimaterie te vervoeren, heb je dus sterke mageneten nodig en een vacuümsysteem dat je kan afkoelen tot -269 graden Celsius. De lage temperatuur voorkomt dat de deeltjes gaan trillen en tegen de kokerwanden aanbotsen en annihileren.
Dit geheel moet je voorzichtig verplaatsen. ‘Vibraties in de weg zorgen voor vibraties in de koker, en die kunnen ervoor zorgen dat de antiprotonen uit de val bewegen en verloren gaan’, zegt natuurkundige Niels Tuning van het LHCb-experiment bij CERN. ‘Het vervoer is dus ook een kwestie van rustig rijden, weinig bochten en hellingen, en glad asfalt.’
Rustig en radioactief
De twee onderzoeksgroepen hebben elk een eigen reden om hun portie antimaterie naar een andere locatie te willen brengen. De BASE-STEP-groep wil antiprotonen – de tegenhangers van de kerndeeltjes genaamd protonen – verplaatsen naar een rustiger lab, met zo min mogelijk verstoringen van andere experimenten. Daar willen ze de eigenschappen van deze antideeltjes nog nauwkeuriger in kaart brengen.
Dat doen ze om een van de grote vragen in de moderne natuurkunde te beantwoorden: waarom bevat het heelal bijna uitsluitend materie en geen antimaterie? Fysici denken namelijk dat bij de oerknal evenveel materie als antimaterie ontstond. Maar waarom en hoe alle antimaterie vervolgens is verdwenen en een restje materie is overgebleven, is nog een raadsel.
De andere onderzoeksgroep, genaamd PUMA (antiProton Unstable Matter Annihilation), wil antiprotonen gaan verplaatsen naar het ISOLDE-lab waar kortlevende radioactieve atoomkernen gemaakt worden. Door hier antideeltjes op af te vuren, hopen ze de structuur van de atoomkernen in beeld te brengen.
De vraag is hoe de twee soorten kerndeeltjes, neutronen en protonen, verdeeld zijn in deze atoomkernen. Daar kun je bestuderen met antiprotonen. Als die antideeltjes op een proton botsen, komt er namelijk andere straling vrij dan wanneer een antiproton op een neutron botst. Zo kun je in kaart brengen waar de neutronen zitten en waar de protonen.
Op bestelling
Uiteindelijk is het doel om de antimaterie over grotere afstanden te vervoeren, ook buiten het CERN-terrein. Er zijn bijvoorbeeld plannen om antiprotonen naar de Heinrich Heine-Universiteit in Düsseldorf te brengen voor experimenten. ‘Antimaterie-onderzoek is dan breder toegankelijk’, zegt Tuning. ‘Er kunnen dan bijvoorbeeld meer isotopen worden onderzocht, en meer andere ideeën worden geprobeerd.’
Betekent dit dat het opblazen van het Vaticaan binnenkort ook tot de mogelijkheden behoort? Daar hoeven we ons nog geen zorgen om te maken. Naast dat het lastig te vervoeren is, is er namelijk bij lange na niet genoeg antimaterie wereldwijd om een bom te maken.
