Wie de film Angels and Demons heeft gezien, kan zich voorstellen hoe het eruit moet zien: een wolkje antimaterie-atomen in een magnetische val. In werkelijkheid is zo’n val een stuk groter en aanzienlijk minder draagbaar, maar verder zit de film niet zo ver naast het onderzoek dat wetenschappers bij het Zwitserse CERN op dit moment doen. Het gaat hier om het team achter de Antihydrogen Laser Physics Apparatus (ALPHA), een apparaat dat antiwaterstof opvangt en vasthoudt. Als dat lang genoeg lukt, hopen de wetenschappers de antimaterie te kunnen bestuderen.
Een voorkeur voor materie
Wie antimaterie kan bestuderen, kan een antwoord vinden op een hele fundamentele vraag over het ontstaan van het heelal. De behoudswetten in de natuurkunde stellen namelijk dat er bij het ontstaan van materie precies evenveel antimaterie moet zijn gemaakt. Maar als dat zo was, dan zouden de materie en de antimaterie elkaar een fractie van een seconde later weer op hebben geheven. Een materiedeeltje en zijn bijbehorende antimateriedeeltje annihileren elkaar immers, en alles wat er overblijft is een flits energie.
Ondanks die natuurwetten leven we echter in een heelal dat bijna helemaal uit materie bestaat, en waarin antimaterie schaars en kortlevend is. Blijkbaar zit er dus ergens een fundamenteel verschil tussen materie en antimaterie; een verschil waaraan wij niets minder dan ons bestaan te danken hebben!
Om antimaterie te kunnen bekijken zonder dat het in een fractie van een seconde in licht opgaat, is een truc nodig. De Zwitserse onderzoekers gebruiken een supersterk magnetisch veld om de antimateriedeeltjes in te vangen. Dat veld is in een ruimte waar behalve de antimateriedeeltjes niets anders voor mag komen: zelfs de kleinste spoortjes van waterstofgas zijn genoeg om de anti-atomen kapot te maken. Tot nu toe lukte het de onderzoekers soms om een klein klompje atomen een paar seconden lang vast te houden. Leuk, maar niet lang genoeg om ermee te experimenteren. Met de nieuwe techniek lukt het ze echter ruim tien minuten.
Koude antiprotonen
Een antiwaterstofatoom is gemaakt van een antiproton en een antielektron, ook wel positron genoemd. Het verschil tussen dit experiment en de vorige experimenten is dat de antiprotonen veel kouder gemaakt worden dan voorheen. Daardoor wordt het antiwaterstof ook kouder, en koude atomen zijn minder beweeglijk en ontsnappen dus ook minder snel.
Hoewel de antiatomen tot wel tien minuten ongehinderd in de magnetische val blijven zitten, betekent dat nog niet dat er ook experimenten mee kunnen worden gedaan. Zodra je er iets aan wilt meten moet je immers iets aan de antimaterie toevoegen of veranderen. Als dat gebeurt, verdwijnen ze alsnog als sneeuw voor de zon.
De onderzoekers zijn niettemin hoopvol. Binnen een paar jaar, zo stellen ze, moet het mogelijk zijn om zoveel antiatomen zo lang op te vangen dat het wél lukt om er iets aan te meten. En dan zullen we eindelijk het antwoord kunnen vinden op de vraag waarom materie het van antimaterie gewonnen heeft in het heelal.
