Wetenschappers maken voor het eerst ritje met container vol antimaterie

Een paar honderd antiprotonen gaan vandaag op een historisch uitstapje. Een ritje van nog geen half uur, over het terrein van het Zwitserse onderzoeksinstituut CERN, wordt de eerste keer dat antimaterie over de weg vervoerd gaat worden.

CERN is de enige plek ter wereld die dit zeldzame materiaal kan produceren en opslaan. De container die vandaag wordt getest, moet het mogelijk maken nog beter onderzoek te doen naar het mysterieuze materiaal.

Antimaterie is precies het tegenovergestelde van reguliere materie, maar waar bijvoorbeeld een elektron een negatieve lading heeft, is zijn evenbeeld positief geladen (een positron). Als zo’n deeltje zijn tegendeel tegenkomt, heffen ze elkaar op en komt energie vrij.

Al ongeveer een eeuw weten wetenschappers van het bestaan van antimaterie. Paul Dirac won een Nobelprijs met zijn berekening uit 1928 dat antimaterie moest bestaan. Toen Carl Anderson vier jaar later daadwerkelijk het eerste anti-elektron waarnam, leverde dat ook hem de Nobelprijs op.

Sciencefictionschrijvers wisten wel raad met het exotische goedje. Star Trek liet de Enterprise erop vliegen, Isaac Asimov stopte het in zijn robots en voor Het Bernini Mysterie bedacht Dan Brown een antimateriebom om het Vaticaan mee op te blazen. Maar eigenlijk is antimaterie best gewoon: het uiteenvallen van het radioactieve kalium in bananen zorgt ervoor dat er ongeveer elke 75 minuten een antimaterie-deeltje uit je fruitschaal schiet.

De studie naar antimaterie kan iets vertellen over het ontstaan van het universum, want waarom is er iets in plaats van niets? Uit berekeningen blijkt dat er bij de oerknal even veel materie als antimaterie moet zijn ontstaan, maar als die twee elkaar opheffen, waarom is alle materie dan niet allang vervluchtigd in botsingen met antimaterie?

Bij CERN wordt al ruim veertig jaar antimaterie bestudeerd, maar juist de apparatuur die wordt gebruikt om de antideeltjes te vangen vormt daarbij ook een bottleneck. De sterke elektrische en magnetische velden die nodig zijn om de deeltjes af te remmen, storen ook de fijngevoelige apparatuur. Wetenschappers willen daarom antimaterie overbrengen naar een onderzoeksinstituut in Düsseldorf, 800 kilometer verderop. Daar staan instrumenten die honderd keer gevoeliger zijn.

Voor die reis is de speciale container ontworpen, een ringenkoker van een centimeter doorsnee en drie centimeter lang. Om te voorkomen dat de antideeltjes in contact komen met reguliere materie (en zichzelf onherroepelijk opheffen) worden ze door magnetische en elektrische velden in die cilinder gehouden. De magneten die daarvoor nodig zijn vormen met 600 kilo het leeuwendeel van het gewicht van het apparaat.

Extra bijkomstigheid is dat de antimaterie vervoerd wordt in een vacuüm vergelijkbaar met dat van de kosmos; contact met de atmosfeer zou immers al funest zijn. Daarvoor wordt de cilinder met vloeibaar helium afgekoeld tot -269 graden. Voor de test vandaag loopt het hele systeem op accu’s, voor langere reizen wordt nog gewerkt aan een generator.

Hoewel het systeem van 2 meter lang, 1,5 meter hoog en net geen meter breed nog altijd een ton weegt, is dat volgens wetenschappers al veel kleiner dan dit soort apparatuur normaal gesproken is. Niet alleen kan het nu op een vrachtwagen worden rondgereden, het past ook door de deuren van andere laboratoria.

De test van vandaag, een ritje van nog geen half uur, moet bewijzen dat zo’n transport mogelijk is en dat optrekken, afremmen of kuilen in de weg niet leiden tot verlies van de lading. Alle deeltjes worden daarvoor tijdens de reis gemonitord. Een proefritje met zeventig reguliere protonen verliep in 2024 zonder problemen: de lading kwam toen veilig thuis, geen proton ging verloren.

Mocht dat er dit keer toch iets fout gaan, dan is het alle sciencefictionverhalen ten spijt geen ramp: als alle duizend deeltjes ineens in energie veranderen, dan is dat vergelijkbaar met slechts een miljardste van een zonnestraal op de huid. Het is dan ook maar maximaal 0,000000000000000000000167 gram. “Het ergste dat er kan gebeuren is dat we terug moeten naar de antimateriefabriek om de cilinder weer te vullen”, aldus de hoofdonderzoeker.

Als de proef slaagt hoopt CERN in 2029 de eerste levering te kunnen bezorgen in Düsseldorf. Daarvoor zou het apparaat het tien uur moeten volhouden, inclusief de twee uur die nodig is om alles in en uit te laden.