Volg Duurzaamnieuws op Google News | Discover | of als voorkeursbron op Google
Op 24 maart vervoerde CERN antimaterie over de weg, een primeur die precisieonderzoek uit het rumoer van de versnellers moet halen. De rit opent de deur naar een scherpere test van de vraag waarom ons universum vooral uit materie bestaat.
Antimaterie vervoeren in een gewone vrachtwagen klinkt als sciencefiction, maar bij CERN nabij Genève gebeurde het op 24 maart echt. Een handjevol van 92 antiprotonen bleef ruim vier uur lang opgesloten in de mobiele Penningval BASE-STEP, geleid door Christian Smorra van de Johannes Gutenberg-Universität Mainz, terwijl een truck ermee over het terrein reed. De deeltjes moeten in ultrahoog vacuüm en met supergeleidende magneten vlak boven het absolute nulpunt worden bewaard, want bij het minste contact met gewone materie verdwijnen ze. Buiten de trillingen en magnetische ruis van een grote versneller kunnen onderzoekers straks veel nauwkeuriger nagaan of materie en antimaterie werkelijk elkaars perfecte spiegelbeeld zijn.
Een proefrit maakte de wereldprimeur mogelijk
De mobiele installatie is bepaald geen handzaam koffertje. BASE-STEP weegt bijna 1 ton, maar past wel door een laboratoriumdeur. De behuizing moet onderweg trillingen en schokken opvangen zonder dat de opgesloten deeltjes ook maar een restje gas raken.
Het team van de BASE-samenwerking had die rit al in 2024 geoefend met gewone protonen. Die proef liet zien dat de val na een rit opnieuw aangesloten kon worden zonder dat de meting ontspoorde. Pas dit jaar zetten de natuurkundigen dezelfde stap met antiprotonen.
Goed om te weten
Een Penningval houdt geladen deeltjes gevangen met elektrische en magnetische velden. Zo zweven ze in een vrijwel lege ruimte, zonder een wand te raken.
Materie heeft een spiegelbeeld met tegengestelde lading
Een vrachtwagen met opschrift ‘Antimaterie’ en een technisch diagram van een containersysteem. Beeld: International Transport Journal.
Het idee achter antimaterie gaat terug tot 1928, toen natuurkundige Paul Dirac een vergelijking opstelde die ruimte liet voor onbekende spiegeldeeltjes. In 1932 werd het positron gevonden, de antideeltjesversie van het elektron. Daarmee kreeg Diracs voorspelling een tastbare vorm.
Elk bekend materiedeeltje heeft zo’n tegenhanger met dezelfde massa en een tegengestelde elektrische lading. Komt een antiproton in aanraking met een proton, dan verdwijnen beide en komt hun massa vrijwel helemaal vrij als energie en nieuwe deeltjes. Dat proces heet annihilatie.
CERN produceert in de antimateriefabriek ongeveer 400 miljoen antiprotonen per uur. Toch is dat verbluffend weinig: alles wat daar in een jaar wordt gemaakt, zou een lamp maar enkele seconden laten branden. Antimaterie maken kost enorm veel energie, en bewaren is nog lastiger.
De ruis van een versneller zit precisiewerk in de weg
In de hal waar BASE werkt, zorgen versnellers en zware magneten voor piepkleine schommelingen in het magneetveld. Het gaat om ongeveer een miljardste tesla, zo’n 20.000 keer zwakker dan het aardmagnetisch veld. Toch is zelfs dat al genoeg om uiterst nauwkeurige metingen te verstoren.
BASE mat het magnetisch moment van het antiproton eerder met een nauwkeurigheid van 1,5 deel per miljard, een verbetering met een factor 350 ten opzichte van de vorige beste meting. Buiten de drukte van de versneller kunnen zulke tests uiteindelijk nog eens 100 keer preciezer worden.
- Antiprotonen kunnen in de vallen van BASE langer dan een jaar bewaard blijven.
- De mobiele val hield haar lading zonder verlies maximaal twee weken vast.
- De vrachtwagen had tijdens de rit autonomie voor ongeveer vier uur.
Een minuscuul verschil zou de natuurkunde opschudden
De inzet is de CPT-symmetrie: de regel dat natuurwetten hetzelfde blijven als je tegelijk lading, ruimte en tijd omdraait. Een meetbaar verschil tussen een proton en een antiproton zou flink wat vaste grond onder de huidige natuurkunde wegslaan.
Tot nu toe houdt die symmetrie stand. BASE vergeleek de verhouding tussen lading en massa van protonen en antiprotonen tot op 16 delen per biljoen nauwkeurig, en binnen die grens waren ze identiek. Ook metingen aan antiwaterstof, het spiegelatoom van waterstof, laten geen verschil zien in het licht dat het atoom opneemt.
Na de oerknal zou er bijna evenveel materie als antimaterie zijn ontstaan, terwijl het zichtbare heelal vooral uit materie bestaat. Een overschot van ongeveer 1 materiedeeltje per miljard antimateriedeeltjes zou al genoeg zijn geweest om sterren, planeten en onszelf over te houden.
Antimaterie valt ook gewoon naar beneden
De ALPHA-experimenten bij CERN lieten in 2023 antiwaterstofatomen los in een verticale val. Die atomen vielen naar beneden met een versnelling die, binnen ongeveer 20 procent, overeenkomt met gewone zwaartekracht. Het populaire idee van antizwaartekracht kreeg daarmee geen steun.
Voor langere ritten moet BASE-STEP nog een stap verder. De supergeleidende magneet moet onder 8,2 kelvin blijven, anders raakt hij zijn bijzondere eigenschappen kwijt. Vloeibaar helium houdt hem koud, maar die voorraad raakt onderweg op.
De komende tests zijn gepland bij de Heinrich-Heine-Universität in Düsseldorf en de Leibniz Universiteit in Hannover. Voor laboratoria die verder weg liggen, ontwikkelt het team een versie met een eigen generator en een zelfstandig koelsysteem.
