Antimateria!

Antimateria

Introduzione: L’Antimateria, ecco un argomento appassionante:  qualcosa che urtato con la materia produce energia pura trasformando tutta la massa in energia secondo la famosa formula  E=mc^2 . Anche se ormai viene usata anche negli ospedali (per fare la PET) c’e’ qualcosa di misterioso intorno ad essa. E’ quello che vi spieghera’ questo video.

Cose da fare: Si tratta di un video della serie TedEd. La pagina iniziale non solo fa partire il video (in inglese) ma permette l’accesso a destra a un quiz (“Think”) e a materiali aggiuntivi (“Dig deeper” ). Se cliccate sotto sulla scritta “See video on youtube” potete accedere a una versione con sottotitoli italiani.

Cosa succede: L’antimateria venne prevista da Dirac sotto forma di antielettrone ed a un certo punto, non sapendo cosa  pensare di questo strano oggetto, uso’ la metafora del buco in un oceano di elettroni.
Ma due anni dopo l’antielettrone o positrone venne fuori come un banale raggio cosmico che in una camera a nebbia sembrava un elettrone ma la sua traiettoria in un campo magnetico curvava dall’altra parte perche’ aveva una carica elettrica positiva! Le antiparticelle si comportano esattamente come le particelle se escludiamo la “bizzarria” di annichilarsi con la propria particella.Sarebbero passati pochi anni e avremmo visto nei raggi cosmici ogni sorta di antiparticelle. E poi sarebbero state prodotte direttamente sulla terra e viste con le camere a bolle. Una vista comunissima ma bellissima era quella dei fotoni che si materializzavano in materia e antimateria lasciando 2 spirali vicine e opposte nella foto. Infine con la PET l’antimateria sarebbe entrata negli ospedali per visualizzare i tessuti molli.

Ma la quantita’ prodotta anche dai piu’ grandi accelleratori e la difficolta’ a confinarla, non consente altri usi che potrebbero venire alla mente. Un combustibile leggerissimo per astronavi? Energia a buon mercato? Bomba micidiale come quella di “Angeli e Diavoli”? Scordatevela! La quantita’ prodotta del Cern e’ irrisoria e produrla e’ costosissimo. E finora siamo riusciti a confinare per qualche giorno pochi atomi di antiidrogeno!

E se ci fosse nello spazio? Difficile. Ad esempio una piccola pietruzza di antimateria che finisse sulla Luna produrrebbe uno sconquasso incredibile e si dovrebbero vedere i segni. Figurarsi pianeti o stelle di antimateria. Se esiste ancora antimateria nell’universo deve essere da qualche parte ma ben confinata. D’altra parte una galassia di antimateria dalla Terra sembra esattamente come una di materia. Solo se si scontra con una di materia vedremmo i fuochi di artificio. Ma dato che il cielo che vediamo contiene miliardi di galassie di ogni eta’, il fatto che non vediamo nessun segno di scontri terrificanti significa quasi sicuramente che non esiste antimateria a livello di galassie, pianeti o semplici meteoriti. Invece esiste a livello di singole particelle. Inoltre siamo bagnati in un mare di antineutrini.

Secondo gli scienziati il bing bang iniziale era come un singolo fotone virtuale (come quello prodotto dall’annichilazione particella-antiparticella) ma di energia elevatissima . Da esso  si sono prodotte materia e antimateria in uguale misura. Poi si sono succeduti diversi cambiamenti di fasi (come l’acqua quando passa da gas a liquido a solido) e in uno di questi cambiamenti di fase la simmetria tra materia e antimateria si e’ spezzata e si e’ creata una piccola eccedenza di materia. L’antimateria si e’ poi disintegrata annichilandosi con la materia ma di questa ne e’ rimasta abbastanza (1 miliardesimo circa) da formare l’universo attuale.

Comunque, secondo la meccanica quantistica, l’antimateria esiste sempre in forma “virtuale” nello spazio vuoto anche nella nostra stanza, dappertutto. Lo spazio vuoto che permea tutta la materia (un atomo e’ essenzialmente spazio vuoto) e’ come un universo parallelo in cui pullulano coppie particelle-antiparticelle.
Normalmente ognuna di queste e’ creata e si distrugge in un tempo brevissimo in modo da non infrangere il principio di indeterminazione di Heisemberg. Ma se nelle vicinanze si produce in quel momento un fenomeno con abbastanza energia allora la coppia virtuale diventa reale e l’antimateria compare nel nostro mondo!  Cosi’ quando nell’acceleratore LHC un protone si scontra con un’altro protone la densita’ di energia e’ tale da produrre anche antimateria. Viceversa quando una particella si annichila con un’antiparticella e’ come se le due sparissero in questo universo parallelo (si dice che si trasformano in un fotone virtuale) per poi riapparire magicamente in una qualsiasi coppia particella-antiparticella. Anche come 2 fotoni (perche’ un fotone e’ l’antiparticella di se stesso).

 

Commenti:Lo scontro materia antimateria veniva usato  nell’acceleratore  Lep del Cern in cui un elettrone si scontrava col positrone producendo un fotone “virtuale” che subito dopo decadeva. In cosa? In materia+antimateria!
In effetti in una coppia particella-antiparticella per un qualsiasi tipo  tra quelle elementari la cui massa era abbastanza piccola da poter essere generata sempre secondo la famosa formula di Einstein.
Quindi una reazione come questa e’ un mezzo perfetto per sapere quali sono le particelle elementari che hanno massa fino a quella   permessa dall’energia dell’urto. Inoltre il suo studio dettagliato permette di capire se ci sono altre generazioni di quark/leptoni: e la risposta e’ stata un bel no. Dopo la terza generazione non c’e ne una quarta!

Altri applet di fisica delle particelle

Il materiale ha come indirizzo http://ed.ted.com/lessons/what-happened-to-antimatter-rolf-landua e fa parte della raccolta di video TED-ed Lessons Worth Sharing.

Autore: Rolf Landua e Franz Palomares
© TED Conferences

Titolo in inglese: What happened to antimatter? .

Ricerca di pagine che hanno link a questo materiale .

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