CERN's ALPHA-experiment vertienvoudigt antihydrogenproductie door positronkoeling

Het ALPHA-experiment bij CERN heeft een significante technologische vooruitgang geboekt in de productie van antimaterie, wat de studie van antihydrogen zal versnellen. Op 18 november 2025 maakte CERN bekend dat de implementatie van een nieuwe methode voor het koelen van positronen heeft geresulteerd in een achtvoudige toename van de productiesnelheid van antihydrogenatomen. Deze verbetering stelt wetenschappers in staat om meer dan 15.000 antihydrogenatomen te verzamelen in minder dan zeven uur, een hoeveelheid die Jeffrey Hangst, woordvoerder van het ALPHA-experiment, voorheen als onbereikbaar beschouwde.

De kern van deze prestatie is de ontwikkeling van een sympathische koelmethode. Hierbij wordt een wolk van lasergekoelde berylliumionen ingezet om effectief de energie van de positronen af te voeren. Voorheen was de koeling, die uitsluitend afhankelijk was van de eigen omcirkeling van de positronen in de Penningval, ontoereikend voor een hoge productiviteit. De nieuwe techniek brengt de temperatuur van de positronenwolk naar circa -266 °C, een noodzakelijke stap voor een efficiënte fusie met antiprotonen om de neutrale antihydrogenatomen te vormen.

Het ALPHA-experiment, gevestigd in het CERN-onderzoekscentrum in Zwitserland, is specifiek ontworpen om antihydrogenatomen te synthetiseren, te vangen en te bestuderen in een magnetische val. Deze val, een 'minimum-B'-configuratie omgeven door een supergeleidende octupoolmagneet, isoleert de gevangen atomen van de wanden van gewone materie. De samenwerking bouwt voort op eerdere successen, zoals het vangen van antimaterieatomen voor meer dan zestien minuten in juni 2011, maar de huidige productiesnelheid markeert een kwantumsprong voorwaarts ten opzichte van eerdere accumulaties.

Deze technologische sprong is direct relevant voor een van de fundamentele onopgeloste vraagstukken in de natuurkunde: de kosmische asymmetrie tussen materie en antimaterie. Het Standaardmodel voorspelt gelijke creatie tijdens de Oerknal, wat zou hebben geleid tot wederzijdse vernietiging. Het bestaan van materie impliceert een overschot, wat vereist dat er een verschil is in het gedrag van materie en antimaterie, oftewel CP-schending. De mogelijkheid om grotere hoeveelheden antihydrogen sneller te genereren, versnelt de tijdlijn voor het testen van fundamentele symmetrieën, zoals de CPT-symmetrie en het zwakke equivalentieprincipe, door nauwkeurige vergelijkingen van de spectra van waterstof en antihydrogen.

De ALPHA-samenwerking, die ook het ALPHA-g-experiment omvat voor het bestuderen van de zwaartekracht op antimaterie, kan nu met grotere aantallen atomen systematische fouten verminderen en diepere analyses van de antimateriespectra uitvoeren. De introductie van de berylliumionenbron, die compatibel is gemaakt met de extreme omgeving van de ALPHA-val, is een technisch hoogstandje dat de weg vrijmaakt voor precisieonderzoek en het testen van de grenzen van het Standaardmodel.