Il deceleratore dell'antiprotone

Non tutti gli acceleratori aumentano la velocità di una particella. L'AD rallenta gli antiprotoni in modo che possano essere utilizzati per studiare l'antimateria

L'Antiproton Decelerator (AD) è una macchina unica che produce antiprotoni a bassa energia per studi sull'antimateria e "crea" antiatomi.

Un fascio di protoni proveniente dal PS (Proton Sincrotrone) viene sparato in un blocco di metallo. Queste collisioni creano una moltitudine di particelle secondarie, inclusi molti antiprotoni. Questi antiprotoni hanno troppa energia per essere utili per creare antiatomi. Hanno anche energie diverse e si muovono casualmente in tutte le direzioni. Il compito dell'AD è domare queste particelle ribelli e trasformarle in un raggio utile a bassa energia che può essere utilizzato per produrre antimateria.

Gli antiprotoni, che emergono dal blocco ad angoli divergenti, vengono focalizzati prima di raggiungere l'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 flettenti e focalizzanti che mantengono gli antiprotoni sulla stessa traccia, mentre forti campi elettrici li rallentano. La dispersione di energia degli antiprotoni e la loro deviazione dalla loro traiettoria viene ridotta mediante una tecnica nota come "raffreddamento". Gli antiprotoni sono sottoposti a diversi cicli di raffreddamento e decelerazione finché non vengono rallentati fino a circa un decimo della velocità della luce.

Un nuovo anello di decelerazione, ELENA (Extra Low ENergy Antiproton), è ora accoppiato all'AD. Questo sincrotrone, con una circonferenza di 30 metri, rallenta ancora di più gli antiprotoni, riducendone l'energia di un fattore 50, da 5,3 MeV a soli 0,1 MeV. Un sistema di raffreddamento degli elettroni aumenta anche la densità del fascio. Con ELENA, il numero di antiprotoni che possono essere intrappolati aumenta di un fattore da 10 a 100, migliorando l'efficienza degli esperimenti e aprendo la strada a nuovi esperimenti.

Installato nel 2000, l'AD ha fatto notizia nel 2002 quando sono stati prodotti per la prima volta un gran numero di atomi di antiidrogeno. Sono stati fatti i primi tentativi per immagazzinare gli antiatomi per un tempo sufficientemente lungo da poterne misurare le caratteristiche. Nel 2011, un esperimento annunciò di aver prodotto e intrappolato atomi di antiidrogeno per sedici minuti, un tempo sufficiente per poterne studiare in dettaglio le proprietà. L'anno successivo fu pubblicata la prima misurazione dello spettro dell'antiidrogeno. Dal 2010 gli esperimenti AD hanno pubblicato numerose misurazioni delle caratteristiche dell'antimateria, confrontandole con quelle della materia.

Attualmente AD ed ELENA servono diversi esperimenti che studiano l'antimateria e le sue proprietà: AEgIS, ALPHA, ASACUSA, BASE e GBAR. Mentre ATRAP e ACE hanno ormai completato i loro esperimenti.