Eksperyment ALPHA w CERN Osiąga Ośmiokrotny Wzrost Produkcji Antywodoru Dzięki Nowej Metodzie Chłodzenia

Kolaboracja ALPHA, działająca w Fabryce Antymaterii CERN, ogłosiła w listopadzie 2025 roku znaczący postęp w badaniach nad antymaterią. Naukowcy z powodzeniem wdrożyli pionierską technikę chłodzenia pozytonów, co doprowadziło do ośmiokrotnego zwiększenia tempa produkcji atomów antywodoru. To technologiczne usprawnienie pozwoliło na wygenerowanie ponad 15 000 atomów antywodoru w ciągu zaledwie kilku godzin, podczas gdy wcześniej osiągnięcie podobnej liczby wymagało tygodni pracy eksperymentalnej.

Jeffrey Hangst, rzecznik eksperymentu ALPHA i założyciel kolaboracji z Uniwersytetu w Aarhus w Danii, podkreślił, że takie wyniki produkcyjne jeszcze dekadę temu byłyby uznane za nierealne. Kluczowe znaczenie tego osiągnięcia wiąże się z zaawansowanymi celami badawczymi, zwłaszcza w kontekście testowania fundamentalnych praw fizyki, w tym zachowania antymaterii w polu grawitacyjnym. Istotą przełomu jest innowacyjne podejście do przygotowania pozytonów, które są niezbędne do syntezy antywodoru poprzez ich łączenie z antyprotonami.

Proces ten wymagał radykalnego obniżenia temperatury chmury pozytonów, które są zbierane z radioaktywnego izotopu sodu i początkowo uwięzione w pułapce Penninga. Wąskim gardłem była dotychczas trudność w efektywnym łączeniu pozytonów z antyprotonami. Nowa metoda polega na wprowadzeniu do pułapki chmury jonów berylu chłodzonych laserowo, co wywołuje utratę energii przez pozytony w procesie zwanym chłodzeniem sympatycznym. Technika ta obniżyła temperaturę chmury pozytonów do około -266 °C, co znacząco podniosło prawdopodobieństwo efektywnego tworzenia stabilnych atomów antywodoru.

Skala tej poprawy jest znacząca dla fizyki eksperymentalnej. W porównaniu do roku 2010, kiedy roczna produkcja wynosiła zaledwie 38 atomów antywodoru, w serii eksperymentów przeprowadzonych w latach 2023–2024 kolaboracja ALPHA zdołała wyprodukować ponad 2 miliony atomów antywodoru. Niels Madsen, zastępca rzecznika ALPHA i kierownik projektu chłodzenia pozytonów, określił tę zmianę jako „paradygmatyczną zmianę w nauce granicznej”. Zwiększona podaż antymaterii umożliwia teraz gromadzenie antywodoru przez noc i przeprowadzanie pomiarów widmowych następnego dnia, co radykalnie skraca czasochłonne procedury.

Zwiększona dostępność antymaterii bezpośrednio wspiera eksperymenty mające na celu testowanie fundamentalnych założeń fizyki, w tym kwestii identyczności zachowania antymaterii w polu grawitacyjnym. Kolaboracja ALPHA już w 2023 roku dokonała pierwszego bezpośredniego pomiaru swobodnego spadania antywodoru, wykazując zgodność z przewidywaniami Ogólnej Teorii Względności Einsteina z precyzją około 20% wartości g. Obecne możliwości ALPHA-g pozwalają na prowadzenie znacznie dokładniejszych testów grawitacyjnych oraz precyzyjniejszych porównań widma antywodoru z wodorem, kontynuując prace zapoczątkowane pomiarami przesunięcia Lamba w 2020 roku. Przejście do bardziej systematycznego procesu badawczego oznacza wejście badań nad najprostszym antyatomem w nową erę precyzyjnej spektroskopii i testów symetrii CPT.