El CERN produce el primer haz de antimateria/The first antimatter beam is produced at CERN

El experimento ASACUSA en el CERN/The ASACUSA experiment at CERN (Y.Yamakazi )

El equipo del experimento ASACUSA (Atomic Spectroscopy And Collisions Using Slow Antiprotons  del CERN ha logrado por primera vez producir un haz de átomos de antihidrógeno. Los investigadores informan en un artículo publicado en Nature Communications, que han detectado inequívocamente 80 átomos de antihidrógeno a una distancia de 2,7 metros de su producción, donde la influencia perturbadora de los campos magnéticos utilizados para producir los antiátomos es pequeña. Este resultado es un paso significativo en la espectroscopia hiperfina precisa de átomos de antihidrógeno.
La antimateria primordial nunca se ha observado en el universo hasta ahora, y su ausencia constituye un enorme enigma científico. Sin embargo, en el CERN es posible fabricar cantidades significativas de anti-hidrógeno, mezclando antielectrones (positrones) y antiprotones de baja energía producidos en Desacelerador de Antiprotones.
La teoría predice que los espectros del hidrógeno y del antihidrógeno son idénticos, por lo que cualquier pequeña diferencia entre ellos abriría inmediatamente una ventana a una nueva física, y podría ayudar a resolver el misterio de la antimateria. Con su único protón acompañado de un solo electrón, el hidrógeno es el átomo más simple existente, y constituye uno de los sistemas investigados con más precisión y mejor entendidos en la física moderna. Por tanto, la comparación del hidrógeno y el antihidrógeno es una de las mejores formas para realizar pruebas muy precisas de la simetría materia / antimateria.
La materia y la antimateria se aniquilan inmediatamente cuando se encuentran, así que aparte de crear el anti-hidrógeno, los físicos tienen el reto clave de mantener los antiátomos lejos de la materia ordinaria. Para ello, los experimentos aprovechan las propiedades magnéticas del antihidrógeno (que son similares a los de hidrógeno) y utilizan, campos magnéticos no uniformes muy fuertes para atrapar los antiátomos durante el tiempo suficiente para estudiarlos. Sin embargo, los fuertes gradientes de los campos magnéticos degradan las propiedades espectroscópicas de los (anti)átomos. Para evitarlo el experimento ASACUSA ha desarrollado un montaje innovador para transferir los átomos de antihidrógeno a una región en la que se pueden estudiar en vuelo, lejos del fuerte campo magnético.
Según Yasunori Yamazaki del RIKEN, Japón y uno de los líderes de equipo de la colaboración ASACUSA, "los átomos de antihidrógeno no tienen carga, por lo transportarlos desde su trampa fue un gran reto. Nuestros resultados son muy prometedores para estudios de alta precisión de átomos de antihidrógeno, en particular para su estructura hiperfina, una de las dos propiedades espectroscópicas más conocidos del hidrógeno. Su medida en el antihidrógeno permitirá probar la simetría materia / antimateria. Esperamos este verano reiniciar el experimento con un montaje mejorado”. El siguiente paso para de ASACUSA será optimizar la intensidad y la energía cinética de los haces de antihidrógeno, y comprender mejor su estado cuántico.
El avance en los experimentos de antimateria del CERN se ha acelerado en los últimos años. En 2011, el experimento ALPHA anunció la captura de átomos de antihidrógeno durante 1000 segundos y en 2012 informó de la observación de las transiciones hiperfina de los antiátomos atrapados. En 2013, el experimento ATRAP anunció la primera meda directa del momento magnético del antiprotón con una precisión de 4,4 partes por millón.

Arrows represent 1 m in each direction. Antiprotons delivered from the AD via the RFQD are trapped, electron-cooled and radially compressed in the MUSASHI. Moderated positrons from a ²²Na source are prepared and cooled in the positron accumulator and then are transported to the cusp trap. The cusp trap consists of an MRE and superconducting anti-Helmholtz coils. After positrons are accumulated near the maximum magnetic field region, antiprotons are injected from the MUSASHI and mixed with positrons synthesizing antihydrogen atoms. Antihydrogen atoms in low-field-seeking states are focused downstream of the cusp trap due to the strong magnetic field gradient, while those high-field-seeking states are de-focused. Thus, a polarized antihydrogen beam is produced. On both sides of the cusp trap, scintillator modules labelled as I–IV are mounted, which are used to track charged pions produced by annihilation reactions. Downstream of the cusp trap a spectrometer line is placed, which involves a sextupole magnet and an antihydrogen detector. (Ver/See A source of antihydrogen for in-flight hyperfine spectroscopy

The ASACUSA (Atomic Spectroscopy And Collisions Using Slow Antiprotons) experiment at CERN has succeeded for the first time in producing a beam of antihydrogen atoms. The researchers report, in a paper published in Nature Communications, the unambiguous detection of 80 antihydrogen atoms 2.7 meters downstream of their production, where the perturbing influence of the magnetic fields used to produce the antiatoms is small. This result is a significant step towards precise hyperfine spectroscopy of antihydrogen atoms.
Primordial antimatter has so far never been observed in the universe, and its absence remains a major scientific enigma. Nevertheless, it is possible to produce significant amounts of antihydrogen in experiments at CERN by mixing antielectrons (positrons) and low energy antiprotons produced by the Antiproton Decelerator.
The spectra of hydrogen and antihydrogen are predicted to be identical, so any tiny difference between them would immediately open a window to new physics, and could help in solving the antimatter mystery. With its single proton accompanied by just one electron, hydrogen is the simplest existing atom, and one of the most precisely investigated and best understood systems in modern physics. Thus comparisons of hydrogen and antihydrogen atoms constitute one of the best ways to perform highly precise tests of matter/antimatter symmetry.
Matter and antimatter annihilate immediately when they meet, so aside from creating antihydrogen, one of the key challenges for physicists is to keep antiatoms away from ordinary matter. To do so, experiments take advantage of antihydrogen’s magnetic properties (which are similar to hydrogen’s) and use very strong non-uniform magnetic fields to trap antiatoms long enough to study them. However, the strong magnetic field gradients degrade the spectroscopic properties of the (anti)atoms. To avoid it, the ASACUSA collaboration developed an innovative set-up to transfer antihydrogen atoms to a region where they can be studied in flight, far from the strong magnetic field.
“Antihydrogen atoms having no charge, it was a big challenge to transport them from their trap. Our results are very promising for high-precision studies of antihydrogen atoms, particularly the hyperfine structure, one of the two best known spectroscopic properties of hydrogen. Its measurement in antihydrogen will allow the most sensitive test of matter/antimatter symmetry. We are looking forward to restarting this summer with an even more improved set-up,” says Yasunori Yamazaki of RIKEN, Japan, a team leader of the ASACUSA collaboration. The next step for the ASACUSA experiment will be to optimize the intensity and kinetic energy of antihydrogen beams, and to understand better their quantum state.
Progress with antimatter experiments at CERN has been accelerating in recent years. In 2011, the ALPHA experiment announced trapping of antihydrogen atoms for 1000 seconds and reported observation of hyperfine transitions of trapped antiatoms in 2012. In 2013, the ATRAP experiment announced the first direct measurement of the antiproton’s magnetic moment with a fractional precision of 4.4 parts in a million.

Tomado de/Taken from Sci Tech Daily

Resumen de la publicación/Abstract of the paper
A source of antihydrogen for in-flight hyperfine spectroscopy
N. Kuroda, S. Ulmer, D. J. Murtagh, S. Van Gorp, Y. Nagata, M. Diermaier, S. Federmann, M. Leali, C. Malbrunot, V. Mascagna, O. Massiczek, K. Michishio, T. Mizutani, A. Mohri, H. Nagahama, M. Ohtsuka, B. Radics, S. Sakurai, C. Sauerzopf, K. Suzuki,M. Tajima,H. A. Torii, L. Venturelli, B. Wu¨nschek, J. Zmeskal, N. Zurlo, H. Higaki, Y. Kanai, E. Lodi Rizzini, Y. Nagashima, Y. Matsuda, E. Widmann & Y. Yamazaki
Nature Communications 5, Article number:3089 doi:10.1038/ncomms4089 Published 21 January 2014
Abstract
Antihydrogen, a positron bound to an antiproton, is the simplest antiatom. Its counterpart—hydrogen—is one of the most precisely investigated and best understood systems in physics research. High-resolution comparisons of both systems provide sensitive tests of CPT symmetry, which is the most fundamental symmetry in the Standard Model of elementary particle physics. Any measured difference would point to CPT violation and thus to new physics. Here we report the development of an antihydrogen source using a cusp trap for in-flight spectroscopy. A total of 80 antihydrogen atoms are unambiguously detected 2.7 m downstream of the production region, where perturbing residual magnetic fields are small. This is a major step towards precision spectroscopy of the ground-state hyperfine splitting of antihydrogen using Rabi-like beam spectroscopy.