È ora disponibile sul Digital Innovation Channel l’intervista in tre parti, a cura di Paola Catapano, Science Communicator, e Jeffrey Hangst, Senior Physicist e Leader degli esperimenti ALPHA e ALPHA-g, che ci porta all’interno della Fabbrica di Antimateria del CERN e delle sue ricerche.

PARTE 1 - WELCOME TO CERN’S ANTIMATTER FACTORY

In questo video, il primo di una miniserie di tre, la giornalista scientifica Paola Catapano e il Senior Scientist Jeffrey Hangst ci conducono in un tour virtuale della Fabbrica di Antimateria del CERN, il Laboratorio Europeo per la Fisica delle Particelle a Ginevra (Svizzera). In questa struttura unica al mondo, due antiprotoni a bassa energia “creano” antiatomi (atomi di anti-idrogeno, la forma più semplice di antimateria atomica) per lo studio dell’antimateria. Due sincrotroni, l’AD (Antiproton Decelerator) e ELENA (Extra Low Energy Antiproton), decelerano i protoni per servire diversi esperimenti che studiano l’antimateria e le sue proprietà. Questi esperimenti si chiamano: AEgIS, ALPHA, ASACUSA, BASE e GBAR. Alcuni esperimenti precedenti ospitati nella struttura (ATRAP and ACE) hanno ora completato il loro programma scientifico e sono stati smantellati.

Inaugurata nel 2000, la struttura fece notizia nel 2002 quando furono prodotti per la prima volta grandi numeri di atomi di anti-idrogeno. I primi tentativi miravano a conservare gli antiatomi per un tempo sufficiente a poterne misurare le caratteristiche. Nel 2011, un esperimento annunciò di aver prodotto e intrappolato atomi di anti-idrogeno per sedici minuti, un tempo sufficiente per studiarne le proprietà in dettaglio. L’anno successivo fu pubblicata la prima misurazione dello spettro dell’anti-idrogeno. Dal 2010, gli esperimenti nella Fabbrica di Antimateria hanno pubblicato numerose misurazioni delle caratteristiche dell’antimateria, confrontandole con quelle della materia.

PARTE 2 - ALPHA AND ALPHA-g 

Nel secondo video di questa miniserie, Jeffrey Hangst racconta a Paola Catapano degli esperimenti ALPHA e ALPHA-g che conduce nella Fabbrica di Antimateria. Avviato alla fine del 2005, ALPHA produce, cattura e studia atomi di anti-idrogeno, confrontandoli con gli atomi di idrogeno. La creazione di anti-idrogeno dipende dall’unione delle due antiparticelle componenti, antiprotoni e positroni, in un dispositivo di trappola per particelle cariche. Poiché gli atomi di anti-idrogeno non hanno carica elettrica, una volta formati non possono essere confinati in tale dispositivo. ALPHA utilizza un nuovo metodo di trappola per trattenere gli atomi di anti-idrogeno, riuscendo a mantenerli per lungo tempo prima che annichiliscano con gli atomi ordinari.

Nel novembre 2025, in un articolo pubblicato su Nature Communications, i ricercatori di ALPHA hanno presentato una nuova tecnica che consente di produrre oltre 15.000 atomi di anti-idrogeno in poche ore. Utilizzando questo approccio per il raffreddamento dei positroni, l’esperimento ALPHA ha prodotto oltre 2 milioni di atomi di anti-idrogeno durante i cicli sperimentali del 2023-24. 

L'esperimento ALPHA-g sfrutta questi numeri senza precedenti di atomi di anti-idrogeno prodotti per studiare l’effetto della gravità sull’antimateria. Questo permette di effettuare misurazioni ancora più precise e di approfondire la comprensione delle proprietà e del comportamento dell’antimateria atomica.

PARTE 3 - THE ANTI PROTON DECELERATOR

Incontriamo Paola e Jeff all’interno del tunnel dell’Antiproton Decelerator (AD), una macchina unica che produce antiprotoni a bassa energia per lo studio dell’antimateria, e “crea” antiatomi.

Qui un fascio di protoni proveniente dal PS (Proton Synchrotron) del CERN viene sparato su un blocco di metallo. Queste collisioni producono una moltitudine di particelle secondarie, inclusi molti antiprotoni. Questi ultimi hanno troppa energia per essere utili nella produzione di antiatomi e si muovono con energie diverse e in direzioni casuali. Il compito dell’AD è domare queste particelle irregolari e trasformarle in un fascio a bassa energia, utile per produrre antimateria. Gli antiprotoni, che emergono dal blocco con angoli divergenti, vengono focalizzati prima di entrare nell’AD. Solo una frazione di essi ha l’energia giusta per essere iniettata e immagazzinata nell’AD. L’AD è un anello composto da magneti piegatori e di focalizzazione che mantengono gli antiprotoni sulla stessa traiettoria, mentre forti campi elettrici li rallentano. La dispersione di energia degli antiprotoni e la loro deviazione dalla traiettoria vengono ridotte grazie a una tecnica nota come “cooling”. Gli antiprotoni vengono sottoposti a diversi cicli di raffreddamento e decelerazione fino a raggiungere circa un decimo della velocità della luce.

Inaugurato nel 2000, l’AD fece notizia nel 2002 quando grandi numeri di atomi di anti-idrogeno furono prodotti per la prima volta. I primi tentativi miravano a conservare gli antiatomi abbastanza a lungo da poter misurarne le caratteristiche. Nel 2011, un esperimento annunciò di aver prodotto e intrappolato atomi di anti-idrogeno per sedici minuti, tempo sufficiente per studiarne le proprietà in dettaglio. L’anno successivo fu pubblicata la prima misurazione dello spettro dell’anti-idrogeno. Dal 2010, gli esperimenti dell’AD hanno pubblicato numerose misurazioni delle caratteristiche dell’antimateria, confrontandole con quelle della materia. Recentemente, un nuovo anello di decelerazione, ELENA (Extra Low Energy Antiproton), è stato accoppiato all’AD. Ma questo sarà l’argomento di un altro video.