Het afgelopen jaar heeft het CERN in Geneve vaak het nieuws gehaald met de nieuwe deeltjesversneller. De meeste aandacht ging, terecht, naar het mediagenieke Higgs-deeltje dat er zou moeten zijn, maar nog nooit is gevonden. Afgelopen week kwam er ander nieuws uit CERN, namelijk dat er 38 antiwaterstof atomen gevangen zijn.

Wat is antiwaterstof? denkt u waarschijnlijk. Volgens onze huidige kennis van de natuur is alles opgebouwd uit fundamentele deeltjes. Deze deeltjes zijn de bouwstenen voor de, uit materie bestaande, wereld om ons heen. Maar naast ‘gewone’ materie bestaat er ook iets genaamd antimaterie; elk fundamenteel deeltje heeft namelijk een antipartner. Een belangrijke eigenschap van deeltjes en hun antipartners is dat zodra ze met elkaar in aanraking komen ze beide verdwijnen en er alleen energie in de vorm van straling overblijft. Antideeltjes kunnen ook weer bouwstenen zijn voor grotere antimaterie, in principe zelfs een hele antiwereld. En interessant genoeg bestaat de wereld om ons heen uit materie en niet uit antimaterie.

Hoe kan dat? Vanwaar dat verschil? Dat is een groot onopgelost probleem in de natuurkunde. We denken nu dat er bij de oerknal ongeveer evenveel materie en antimaterie is gemaakt, maar dat er door een verschillend gedrag tussen de twee nu meer materie dan antimaterie is. Wat dat verschil is weten we niet en daarom willen we de eigenschappen van antimaterie kunnen bestuderen. Antimaterie komt zo nu en dan voor, zo zijn er radioactieve stoffen die anti-elektronen (positronen) uitzenden. Deze stoffen worden gebruikt in bijvoorbeeld PET scans (positron emissie tomografie). Naast anti-elektronen worden ook antiprotonen met grote regelmaat gemaakt in verschillende laboratoria, waaronder het CERN in Geneve.

Dus we hebben al anti-elektronen en antiprotonen, waarom dan nog een antiatoom? Het bijzondere aan atomen is dat ze licht kunnen uitzenden en de kleur van dit licht is erg gevoelig voor de interne structuur van het betreffende atoom. Zo heeft natrium een karakteristiek gele kleur, wat we kennen uit de (oude)straatlantaarns waar natrium lampen in zitten. Waterstof is een speciaal atoom omdat het maar uit één proton en één elektron bestaat. Dit is zo simpel dat het spectrum theoretisch te voorspellen valt. Omgekeerd is een precisiemeting van een spectrum dus een erg goede test van de huidige theorieën. Historisch is dit belangrijk gebleken; een meting van het waterstofspectrum in de jaren ‘40 bracht iets aan het licht dat we destijds niet begrepen maar het begin vormde van de hedendaagse theorie van de kwantumelektrodynamica.

Een precisiemeting van het spectrum van antiwaterstof kan ons leren of antimaterie op het gebied van het uitzenden van licht al dan niet afwijkt van gewone materie. Daarnaast kan het ook mogelijk worden om de zwaartekracht van materie op antimaterie te meten. De verwachting is dat antimaterie ook gewoon aangetrokken wordt door de uit materie bestaande aarde en dus omlaag zal vallen. Maar zonder een experimenten weten we dit nooit zeker.

Het was al een tijdje mogelijk om antiwaterstof te maken, maar het was nooit gelukt om het vast te houden. Nu de atomen gevangen kunnen worden is het meten van het licht een stuk dichterbij gekomen. Achtendertig atomen is alleen nog niet erg veel, dus voor er echt spectra gemeten kunnen worden moet dat nog wel wat opgeschroefd worden, maar de auteurs zijn hoopvol dus wachten we met smart op het eerste licht van een anti-atoom.

Dit stuk verscheen ook in de Groene Amsterdammer nummer 48 | 1 December 2010