ALPHA-experiment CERN verdubbelt antihydrogenproductie met sympathische koeling

De ALPHA-experimentcollaboratie bij de Antimaterie Fabriek van CERN heeft in november 2025 een aanzienlijke technologische verbetering in het onderzoek naar antimaterie gerapporteerd. De kern van deze vooruitgang is de succesvolle implementatie van een nieuwe koeltechniek voor positronen, wat resulteerde in een toename van de productiesnelheid van antihydrogenatomen met een factor acht. Deze methode maakte het mogelijk om meer dan 15.000 antihydrogenatomen te genereren in minder dan zeven uur, een hoeveelheid die voorheen weken in beslag nam. De woordvoerder van ALPHA, Jeffrey Hangst, beschreef deze prestatie als iets dat tien jaar geleden als sciencefiction zou zijn beschouwd.

De technologische sprong is direct toe te schrijven aan de verfijning van de positronvoorbereiding binnen de Penningval, waar de antipositronen oorspronkelijk worden verzameld uit een radioactieve natriumbron. Eerder vertraagden de positronen door hun eigen cirkelbeweging, wat resulteerde in onvoldoende koeling voor efficiënte fusie met antiprotonen. De nieuwe aanpak behelsde het introduceren van een wolk van lasergekoelde berylliumionen in de val, waardoor de positronen energie konden afstoten via sympathische koeling. Dit bracht de temperatuur van de positronenwolk naar ongeveer -266 °C, wat de kans op de vorming van stabiele antihydrogenatomen bij menging met antiprotonen drastisch verhoogde.

Niels Madsen, plaatsvervangend woordvoerder en leider van het positron-koelproject, benadrukte dat deze verandering in reactiesnelheid een paradigmaverschuiving in grensverleggende wetenschap vertegenwoordigt. De eerdere experimentele reeksen in 2023-2024 leverden met deze methode in totaal meer dan twee miljoen antihydrogenatomen op. Ter vergelijking: een eerdere opstelling had tien weken nodig om ongeveer 16.000 atomen te verzamelen voor nauwkeurige spectroscopische studies.

De directe relevantie van deze versnelde toevoer van antimaterie ligt in het voeden van geavanceerde onderzoeksvragen, met name het testen van fundamentele natuurkundige principes. De verhoogde voorraad is cruciaal voor het ALPHA-g-experiment, dat zich richt op het uitvoeren van precieze metingen naar de zwaartekrachtswerking op antimaterie, een directe toetsing van het zwakke equivalentieprincipe uit de algemene relativiteitstheorie. Eerder, in 2023, rapporteerde de ALPHA-samenwerking al de eerste directe meting van de vrije val van antihydrogen, waarbij werd vastgesteld dat het naar de aarde valt met een versnelling die consistent is met de aantrekkingskracht. De nieuwe productiesnelheid zal de precisie van deze zwaartekrachtstests aanzienlijk verbeteren.

De ALPHA-experimenten, die al sinds 2002 antihydrogen produceren, bouwen voort op eerdere successen, zoals de eerste demonstratie van laserkoeling van antihydrogen in 2021. Deze technologische triomf tilt de studie van antimaterie, dat nog steeds mysterieus is door zijn schijnbare afwezigheid in het universum, naar een nieuw niveau en versnelt het tempo van hoog-precisie spectroscopie-experimenten.