Minden részecskének létezik egy ellenpárja, egy olyan antirészecske, ami ugyanolyan tömeggel, de ellentétes töltéssel rendelkezik, mint a “normál” részecske. Amikor a részecske és az antirészecske találkozik, az eredmény egy felvillanás lesz - a részecskék kioltják egymást és megsemmisülnek. A világban túlnyomó többségben van az anyag, az antianyag csak nyomokban van jelen az univerzumban. Miért alakult ez így? Miért nem oltotta ki egymást teljesen az anyag és az antianyag már az ősrobbanáskor. és hogyan tudott felépülni egy anyagból álló világ? Erre a kérdésre a kutatók sem tudják a pontos választ, de az antianyag-kutatások során próbálnak minél tisztább képet kapni az antirészecskék természetéről, ami közelebb vihet a rejtély megfejtéséhez.

A CERN (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire, Európai Nukleáris Kutatási Szervezet) létesítményeiben régóta folynak kísérletek az antianyaggal kapcsolatban, az úgynevezett Antiproton Lassítóban (Antiproton Decelerator, AD) például alacsony energiájú antiprotonokat tanulmányoznak, amelyben annyira lehűtik az antianyagot, hogy annak sebessége kevesebb mint a fénysebesség tizedére csökken. 2011-ben nagy áttörést értek el az AD-ben a kutatók, mikor először sikerült hosszabb időre, 16 percre csapdába ejteniük az antihidrogén-atomokat, ez pedig lehetőséget adott a részletesebb vizsgálatok elvégzésére.

Egy kísérlet során a CERN kutatói újabb fontos állomáshoz érkeztek az antianyag feltérképezésében: az antianyagot minden eddiginél nagyobb felbontásban tudták lefényképezni egy kreatív fejlesztésnek köszönhetően. Az Antiproton Lassítóban zajló AEḡIS kísérlet résztevői egy, a mobiltelefonokban is használt kameraszenzort (CMOS, Complementary Metal Oxide Semiconductor) alakítottak át olyan módon, hogy képes volt 600 nanométeres pontossággal érzékelni a szenzor felületére érő becsapódási pontját az antrészecskének. A szenzor emellett elég érzékenynek bizonyult ahhoz is, hogy segítségével nyomon lehessen követni a proton és antiproton találkozása utáni “töredékek” útját, vagyis a megsemmisülés által hátrahagyott nyomokat. A kutatók az Optical Photon and Antimatter Imager elnevezésű berendezésbe összesen 60 CMOS-t integráltak, aminek eredményeképpen 3840 Mpixel felbontású detektor született.

“A szenzor egy valódi fordulópontot jelent a horizontálisan haladó antihidrogén-sugár apró eltéréseinek megfigyelésében, amit a gravitáció okoz, és jelentős befolyást gyakorolhat általában véve a részecskefizikára, különösen azokban a kísérletekben, ahol a nagy felbontású helyzetmeghatározás kulcsfontosságú.”

- mondta el Ruggero Caravita, az AEḡIS együttműködés vezetője.

Az AEḡIS kísérletben egy antihidrogén-sugár útját követik nyomon, mérve a sugár változásait, és meghatározva az antihidrogén megsemmisülési pontját. A vizsgálat lényege, hogy megfigyeljék a gravitációs interakciót az anyag és antianyag között. A módszer alapja egy deflektométer, ami az eredeti sugarat egymással párhuzamosan haladó részekre bontja, majd a különálló sugarak mintázatából a kutatók kiszámítják, mennyire tért el az antihidrogén-sugár az eredeti pozíciójától.

Bár az első felvétel egy antirészecskéről nem most készült - 1932-ben kapott lencsevégre Carl Anderson egy pozitront (az elektron antirészecskéjét) egy ködkamrás megfigyelés során -, de a mostani képek is bizonyítják, hogy az antianyaggal kapcsolatos kutatásokban központi szerepet kaphatnak az egyre fejlettebb, és egyre nagyobb érzékenységű kamerák és detektorok, amelyek új fejezetet nyithatnak a részecskefizikai kutatásokban. Az antihigrogénről készült képeket a Science-ben megjelent tanulmányban lehet megtekinteni.

(Borítókép: DALL-E3, Fotó: INFN)