Sciencepalooza

Anti-atoom

Het afgelopen jaar heeft het CERN in Genève vaak het nieuws gehaald met de nieuwe deeltjesversneller. De meeste aandacht ging naar het mediagenieke Higgs-deeltje dat er zou moeten zijn, maar nog nooit is gevonden. Afgelopen week was een ander CERN-experiment in het nieuws: bij het ALPHA-experiment werden 38 antiwaterstofatomen gevangen.
Volgens onze huidige kennis van de natuur is alles opgebouwd uit fundamentele deeltjes. Deze fundamentele deeltjes zijn vervolgens weer de bouwstenen voor grotere samengestelde deeltjes. En die samengestelde deeltjes vormen samen weer atomen. Een proton en een elektron, bijvoorbeeld, vormen samen een waterstofatoom. En uiteindelijk bestaat de hele wereld om ons heen uit materie. Maar we weten dat er naast materie ook antimaterie bestaat: elk fundamenteel deeltje heeft een antipartner. Zo bestaat er een anti-elektron en een antiproton die zich vergelijkbaar gedragen als een gewoon elektron en proton, alleen is hun lading tegengesteld. Een belangrijke eigenschap van deeltjes en hun antipartners is dat zodra ze met elkaar in aanraking komen ze beide verdwijnen en er alleen energie in de vorm van straling overblijft. Vreemd genoeg bestaat de hele wereld om ons heen uit materie en niet uit antimaterie. Hoe kan dat? Vanwaar dat verschil? Dat is een groot onopgelost probleem in de natuurkunde. We denken nu dat er bij de oerknal ongeveer evenveel materie en antimaterie is gemaakt, maar dat er door een verschillend gedrag tussen de twee nu meer materie dan antimaterie is. Wat dat verschil is weten we niet en daarom willen we de eigenschappen van antimaterie kunnen bestuderen. Omdat het weg is zodra het met gewone materie in aanraking komt zijn de experimenten nogal lastig. Antimaterie komt wel zo nu en dan voor, zo zijn er radioactieve stoffen die anti-elektronen (positronen) uitzenden. Deze stoffen hebben een toepassing in bijvoorbeeld PET-scans. Anti-elektronen kunnen makkelijk kunstmatig gemaakt worden en ook antiprotonen worden met grote regelmaat gemaakt in verschillende laboratoria, waaronder het CERN in Genève.
Dus we hebben al anti-elektronen en antiprotonen, wat kunnen we dan nog meer meten aan anti-atomen? Het bijzondere aan atomen is dat ze licht kunnen uitzenden en de kleur van dit licht is heel specifiek voor het betreffende atoom. Zo heeft natrium een karakteristiek gele kleur, wat we erg goed kennen uit de (oude) straatlantaarns. Waterstof speelt daarin een speciale rol omdat het zo simpel is dat de kleur ervan theoretisch uit te rekenen valt. Een precisiemeting van een spectrum is dus een erg goede test. Een meting van het waterstofspectrum in de jaren veertig bracht iets aan het licht dat we destijds niet begrepen maar het begin vormde van de hedendaagse theorie van de kwantumelektrodynamica.
Een precisiemeting van het spectrum van antiwaterstof kan ons leren of anti-atomen op het gebied van het uitzenden van licht al dan niet afwijken van gewone atomen. Het maken van antiwaterstof kon al sinds een paar jaar, maar nu kan het ook vastgehouden worden om het te bestuderen. 38 atomen is nog niet erg veel, dus voor er echt spectra gemeten kunnen worden moet dat nog wel wat opgeschroefd worden, maar de auteurs zijn hoopvol, dus wachten we met smart op het eerste licht van een anti-atoom.